JPS62193789A - Self-closing type pitch joint and rotary joint and multi-joint type manipulator, servo controller and control method - Google Patents
Self-closing type pitch joint and rotary joint and multi-joint type manipulator, servo controller and control methodInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、産業用ロボットまたはコンピュータ制御のマ
ニプレータ、特に、不特定数の軸を備え、運動学的冗長
性を備える形態とすることのできる多関節式メカニカル
アームの構成および制御に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to industrial robots or computer-controlled manipulators, in particular articulated manipulators having an indefinite number of axes and which can be configured with kinematic redundancy. Concerning the configuration and control of a mechanical arm.
従来の技術および解決しようとする問題点産業用ロボッ
トのアームは、幾つかの基本的型式に基づいて設計され
ている。産業上ロボットは、メカニカルなリンク機構の
形態、即ち、構造要素およびこれら要素を接続するジヨ
イントの特定の配列と、並びにジヨイントの動作を調和
させ、ツールポイントにて直線状の動作およびその他の
被制御経路を形成するのに必要な制御システムとによっ
て、分類することができる。最も汎用的で多機能のマニ
プレータにおいては、リンク機構は六自山皮の形態に構
成し、マニプレータの端部に取付けたツールのスペース
および方向を完全に制御することができるようにしであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION Industrial robot arms are designed based on several basic types. Industrial robots coordinate the form of mechanical linkages, i.e., the specific arrangement of structural elements and the joints that connect these elements, as well as the movement of the joints, to achieve linear movements and other controlled movements at tool points. They can be classified according to the control system required to form the route. In the most versatile and multi-functional manipulators, the linkage is constructed in the form of a six-wheeled ring, allowing complete control over the spacing and orientation of tools mounted at the ends of the manipulator.
ある1つの基本形態のマニプレータは、3つの摺動体を
プリズム形または摺動式ジヨイントにて接続した1組の
摺動体を採用している。これら摺動体は、略矩形状に配
設され、装置の「手首」、即ちツールの方向を決定する
矩形状に配設した3つの回転軸の第2組の軸を位置決め
する。この機構の形態により、略直線状の作動領域が得
られる。One basic form of the manipulator employs a set of three sliding bodies connected by a prism shape or a sliding joint. These slides are arranged in a generally rectangular shape and position a second set of three rectangularly arranged rotation axes that determine the "wrist" of the device, ie the orientation of the tool. This configuration of the mechanism provides a generally linear working area.
かかる装置の典型には、IBMR810ボットがある。A typical example of such a device is the IBMR810bot.
かかる装置の「直角座標」形態は、他の型式のものと比
べ、多数の注目すべき利点がある。最も重要な利点は、
ツールポイントにて効果的な被制御動作を行なわせるた
め、座標変換が全く必要ないということである。その代
わりに、位置決め軸を直線補間および円弧補間すれば十
分である。The "Cartesian" configuration of such devices has a number of notable advantages over other types. The most important advantages are:
This means that no coordinate transformation is required to perform effective controlled motion at the tool point. Instead, linear and circular interpolation of the positioning axes is sufficient.
一般的な第2のメカニカル形態は、直角に配設され、プ
リズム形ジヨイントにて接続された2つの摺動体に上記
手首を連結した型式のものである。A second common mechanical configuration is one in which the wrist is connected to two sliding bodies arranged at right angles and connected by a prismatic joint.
これら摺動体は、装置のベースにて、垂直軸を中心とし
て回転する旋回ジヨイントに固定されている。かかるマ
ニプレータの作動領域は略円筒状となる。かかる装置の
典型には、Prab Model FAロボットがある
。These slides are fixed at the base of the device to a pivot joint that rotates about a vertical axis. The operating area of such a manipulator is approximately cylindrical. Typical of such devices is the Prab Model FA robot.
一般的な第3のメカニカル形態は、プリズム形ジヨイン
トにて旋回ジヨイントに接続した摺動体により上記手首
を適宜スペースに位置決めし、旋回ジヨイントを装置ベ
ースの第2旋回ジヨイントに直角に取付け、この第2旋
回ジヨイントによつて垂直軸を中心として回転させる型
式のものである。理論上、この「極座標」形態により、
球状の作動領域が得られる。実際上、機構上の制約によ
り、一般に、有効な作動領域は、相当な円錐形断面を切
欠いた球状になる。かかる装置の典型には、Unima
tion Unimate 1000ロボツトがある。In a general third mechanical form, the wrist is positioned in an appropriate space by a sliding body connected to a swivel joint by a prismatic joint, and the swivel joint is attached at right angles to a second swivel joint on the device base. It is of the type that is rotated about a vertical axis by means of a swivel joint. In theory, this "polar coordinate" form allows
A spherical working area is obtained. In practice, mechanical constraints generally make the effective working area spherical with a substantial conical cross-section. Typical of such devices include the Unima
There is a Unimate 1000 robot.
円筒座標および極座標形態のアームは、直角座標形態の
アームよりもより精密な動作制御システムを必要とする
。これは、座標変換を行ない、ツールポイントにて直線
状の動作を行わせなければならないからである。しかし
、全体として、プリズム形ジヨイントにて接続した1ま
たは複数の摺動体を使用するマニプレータは、重大な性
能上の制約を伴なう。その1つは、重量と寸法が比較的
大きくなることと、その結果、所定の質量のツールまた
は部品を作業スペース内で移動し、また位置決めするた
め大きい動力を必要とすることである。さらに、位置決
め摺動体は、部品等、作動領域内外の他の目的物の邪魔
になることが多い。Arms in cylindrical and polar coordinate configurations require more precise motion control systems than arms in rectangular coordinate configurations. This is because coordinate transformation must be performed to perform linear motion at the tool point. Overall, however, manipulators that utilize one or more sliders connected at prismatic joints are associated with significant performance limitations. One is the relatively large weight and size and, as a result, the high power required to move and position a tool or part of a given mass within a workspace. Additionally, positioning slides often get in the way of other objects, such as parts, inside and outside the working area.
上述した型式のマニプレータのうち、直角座標形態は、
部品が、位置決め摺動体および支持構造体の大形の骨組
部材によって、完全によって囲繞されていることが多い
ため、空間的に極めて非効率的なリンク機構の形態とな
る。上述した各種座標の内、単一の摺動体しか使用しな
い極座標形態は、最も効率的であり、部品の邪魔になる
ことは全くない。空間的効率上の問題点を最小にするた
め、摺動体は、後退したときに、折畳まれるようにし、
部品の妨害という問題点を軽減し得る構造とした幾つか
の極座標形態の装置が開発されている。例えば、ある形
態においては、共直線状の摺動体部片が入り子状に伸縮
するようにしである。Among the above-mentioned types of manipulators, the rectangular coordinate form is
The components are often completely surrounded by large skeletal members of the positioning slide and support structure, resulting in a very spatially inefficient form of linkage. Of the various coordinates mentioned above, the polar coordinate configuration, which uses only a single sliding body, is the most efficient and does not interfere with the parts at all. To minimize space efficiency problems, the sliding body is folded when retracted;
Several polar configurations have been developed that are designed to alleviate the problem of part jamming. For example, in some embodiments, co-linear slide segments are telescopically telescoping.
この形態は、U、Sロボット社の製造するMakerの
特徴である。別の形態によれば、伸長時、摺動体を形成
する薄肉厚の鋼管が後退時、折り畳まれて平坦な断面と
なり、ドラムに巻取ることができるようにしである。こ
の装置の典型には、MartinMarietta
I NASA VikingLanderアームがあ
る。しかし、こうした構造のメカニカルな形態は、多数
のプリズム形ジヨイントを備えて、入り予成の伸縮動作
を行わせ、または、摺動体の断面を極く薄厚とするため
、静的および動的性能特性が相対的に劣る結果となる。This form is a feature of the Maker manufactured by U,S Robot Company. According to another embodiment, when extended, the thin-walled steel tube forming the slide is folded back into a flat cross-section so that it can be wound onto a drum. Typical of this device is the Martin Marietta
I have a NASA Viking Lander arm. However, the mechanical form of such a structure has a large number of prismatic joints to perform the pre-entering expansion and contraction movement, or the cross-section of the sliding body is extremely thin, resulting in poor static and dynamic performance characteristics. results in a relatively inferior result.
マニプレータの性能および物品の妨害特性を改良するた
め、極めて効率的な機械的構成が可能であるリンク機構
の形態が開発された。この形態では、旋回ジヨイントに
よって接続した一連の剛性リンク部片を使用して、手首
の位置決めを行なう。To improve manipulator performance and article jamming characteristics, linkage configurations have been developed that allow for highly efficient mechanical configurations. In this configuration, a series of rigid link pieces connected by pivot joints are used to position the wrist.
これは、旋回式またはジヨイント式アームマニプレータ
として公知であり、本発明もこの型式のマニプレータに
関する。この型式の汎用マニプレータにおいて、手首位
置決め機構は、一般に、旋回ジヨイントによって接続し
た2つのリンクを備え、内一方のリンクの端部は同一平
面内に固定した第2旋回ジヨイントに取付けられ、第1
旋回ジヨイント自体は、第3旋回ジヨイントに直角に取
付けられ、この第3旋回ジヨイントによって垂直軸を中
心としてベース内で回転する。このリンク#!A′lf
1形態を採用するマニプレータは、上述した従来の構造
と比べ、より人間の腕に近くなるが、リンク機構は、固
定平面内で作動するため、運動学的には、人間の肢体よ
りもEバックホウ」に近い機能を行う。理論上、かかる
ジヨイント式アームリンク機構は、球状の作動領域を生
ずる。円筒座標および極座標形態のマニプ1/−夕と同
様、ジヨイント式アームマニプレータは、座標変換を行
ない、ツールポイントにて直線状、その他制御された経
路挙動が得られるようにしなければならない比較的複雑
なコントローラを必要とする。ジヨイント式アームマニ
プレータの主な利点は、手首を位置決めするアームリン
ク機構が後退したとき、このリンクamは折畳まれるた
め、アームは、所定の作動領域に対して比較的コンパク
トで、また、所定の荷重に対して軽量で済むことである
。This is known as a pivoting or jointed arm manipulator, and the present invention also relates to this type of manipulator. In this type of general purpose manipulator, the wrist positioning mechanism generally comprises two links connected by a pivot joint, the end of one link being attached to a second fixed pivot joint in the same plane, and the end of one link being attached to a second pivot joint fixed in the same plane.
The pivot joint itself is mounted at right angles to a third pivot joint by which it rotates within the base about a vertical axis. This link #! A'lf
A manipulator that adopts one form is more similar to a human arm than the conventional structure described above, but since the linkage operates in a fixed plane, kinematically it is more similar to an E-backhoe than a human limb. ” performs a function similar to “. In theory, such a jointed arm linkage produces a spherical working area. Like cylindrical and polar manipulators, jointed arm manipulators require relatively complex coordinate transformations to achieve linear or otherwise controlled path behavior at the tool point. Requires controller. The main advantage of jointed arm manipulators is that when the arm linkage that positions the wrist is retracted, this link am folds, so the arm is relatively compact for a given working area, and It is lightweight for the load of .
ジヨイント式アーム形態の内、2つの異なる機械的実施
態様が業界で採用されている。1実施態様においては、
多数のアームおよび手首ジヨイントを駆動するアクチュ
エータがジヨイント自体からある間隔を離して取イ1け
られている。かかる構成において、「肩」に取付けたモ
ータおよび減速機が4本のバーリンク機構、押し棒とベ
ルクランク、またはチェーン、タイミングベルト、ある
いはその他の「鍵」機構の作用を介して、力をジヨイン
トに伝達する。かかる装置の例は、ASEA IRD
60ボットがある。この構成は、比較的高張り、重量の
あるモータ、駆動手段、および速度フィードバック機構
をより末梢のアーム構造体とパッケージ化し、このアー
ム構造体によって支持する必要がないという利点がある
。従って、所定の荷重に対するモータ出力を軽減するこ
とができる。それにも拘わらず、力を遠方のジヨイント
自体に伝達するために使用する駆動列によって、多くの
性能上の制約が伴なう。ジヨイントの運動可能範囲は、
出力伝達機構の幾何学的形態比率の変化または偏心状態
によって制約され、その結果、アーム組立体の作動領域
は比較的狭い、ドーナツ状の領域に限られることが多い
。伝達機構は、また、駆動列に対し大きい慣性力、コン
プライアンスを作用させ、その機械的正確さを損い、静
的および動的性能を損うことになる。さらに、ツールポ
イントの位置を測定するのに使用する変換器は、伝達開
始部分に取付けられることが多いため、伝達機構のコン
プライアンスおよび機械的不正確さによって、装置の精
度は著るしく低下する。Two different mechanical implementations of the jointed arm configuration have been adopted in the industry. In one embodiment,
Actuators for driving a number of arms and wrist joints are mounted at a distance from the joints themselves. In such a configuration, a "shoulder" mounted motor and reducer transfers force to the joint through the action of a four-bar linkage, a pushrod and bellcrank, or a chain, timing belt, or other "key" mechanism. to communicate. An example of such a device is the ASEA IRD
There are 60 bots. This configuration has the advantage that relatively high profile and heavy motors, drive means, and velocity feedback mechanisms do not need to be packaged with and supported by a more distal arm structure. Therefore, the motor output for a predetermined load can be reduced. Nevertheless, many performance limitations are associated with the drive train used to transmit the force to the remote joint itself. The range of motion of the joint is
Constrained by variations in the geometrical proportions or eccentricity of the power transmission mechanism, the working area of the arm assembly is often limited to a relatively narrow, donut-shaped area. The transmission mechanism also exerts large inertial forces, compliances on the drive train, impairing its mechanical accuracy and impairing its static and dynamic performance. Furthermore, since the transducers used to measure the position of the tool point are often mounted at the transmission initiation section, the compliance and mechanical inaccuracies of the transmission mechanism significantly reduce the accuracy of the device.
一般的な第2実施態様のジヨイント式アームリンク機構
形態において、アームおよび手首ジヨイントを駆動する
略全てのアクチュエータは、ジヨイントに近接するアー
ム構造体上またはその内部に設けられている。ある場合
には、アクチュエータは、ジヨイントに直接設けられ、
またある場合には、「内部の」リンク部片に近接して位
置決めされている。この配設により、ジヨイントの可動
距離が制約されるという問題点が解決でき、その結果、
この型式の機構は、球に近似する効果的な作動領域を形
成する。ジヨイント式またはリンク取付は式駆動機構は
、また出力伝達に伴なう慣性力およびコンプライアンス
に起因する問題点を軽減し、または解消できる。かがる
装置の例としては、Unimation PUMA6
00ロボットがある。In a typical second embodiment jointed arm linkage configuration, substantially all of the actuators that drive the arm and wrist joint are mounted on or within the arm structure proximate to the joint. In some cases, the actuator is mounted directly on the joint;
In other cases, it is positioned proximate to the "internal" link piece. This arrangement solves the problem of restricting the joint's movable distance, and as a result,
This type of mechanism creates an effective working area that approximates a sphere. Jointed or link-mounted drive mechanisms can also reduce or eliminate problems due to inertia and compliance associated with power transmission. An example of a darning device is the Unimation PUMA6
There are 00 robots.
ジヨイント式アーム形態は、操作性、作動領域および全
体的精巧さの点で、直角座標または極座標形態と比べ、
効率的であるが、時間を掛けて入念に座標変換を行ない
、ツールポイントを位置決めし得るより精密なコントロ
ーラを必要とする。Jointed arm configurations offer advantages over rectangular or polar configurations in terms of maneuverability, working area, and overall sophistication.
Although efficient, it requires a time-consuming and careful coordinate transformation and a more precise controller capable of positioning the tool point.
ジヨイント式アームマニプレータにおいて、正確でしか
も、ツール経路に適応した制御に必要なコンピュータ制
御システムが比較的複雑で、高価であることは、多くの
一般的なアーム機構に採用する特定のリンク機構形態に
大きな影響を及ぼす。The relatively complex and expensive computer control systems required for precise, tool-path adaptive control in joint-arm manipulators make it difficult for the specific linkage configurations employed in many common arm mechanisms. have a big impact.
リンク機構の構成は、一般に、座標変換を簡単にし、必
要な計算の回数および速度を軽減し得るようにしである
。例えば、一般的なジヨイント式アームリンク機構の形
態は、座標変換が著るしく複雑化する「オフセット」ピ
ッチジヨイントを使用しない。このため、リンク機構の
形態に特別の制限を課すことにより、座標変換に対する
明確な数字的表現(即ち、閉じた形態、解析的表現)が
得られ制御システムを単純にすることができる。The construction of the linkage is generally such that it simplifies coordinate transformations and can reduce the number and speed of required calculations. For example, common jointed arm linkage configurations do not use "offset" pitch joints that significantly complicate coordinate transformations. Therefore, by imposing special constraints on the form of the linkage, a clear numerical representation (ie, a closed form, analytical representation) for the coordinate transformation can be obtained and the control system can be simplified.
しかし、制御システムの効率化のため、機械的構成に制
約を加えんとする上記の如き試みは、幾39一
つかの欠点がある。変換方程式の明確な解答の得られる
リンク機構の形態は、性能およびコストの点で最適でな
いことが多い。さらに、マニプレータの機械的不正確さ
に対して、明示的表現は、容易に調節することができな
い。さらに、任意の冗長マニプレータの変換方程式に対
し、何等かの閉じた形態の解答が存在するか否か疑問で
ある。また、あらゆるジヨイント式アームマニプレータ
には、特異性として知られる状態が内在する。従来の制
御システムおよびマニプレータには、コントローラの効
果的な作動の妨げとなる「特異性」を内在する作動領域
部分がある。従来のコントローラは、一般に、動作制御
に使用する方程式が、特異性について何等、数学的解答
を有さないため、作動領域内に、特異□性部分が存在す
るならば、効率的に作動できない。このため、マニプレ
ータの制御に関係する数学を単純化することにより、機
械的構成は影響されるが、数字的制御に伴なう問題点は
依然存在する。本発明に依れば、数字的複雑さに制約さ
れることなく、最適な機械的構成が可能であり、また、
繰返えし制御方法の採用により、座標を変換、冗長性、
特異性および機械的不正確さといった数学的問題点に対
処することができる。However, the above-described attempts to impose constraints on the mechanical configuration in order to improve the efficiency of the control system have several drawbacks. Linkage configurations that provide an unambiguous solution to the conversion equation are often not optimal in terms of performance and cost. Furthermore, explicit representation cannot be easily adjusted for mechanical inaccuracies in the manipulator. Furthermore, it is questionable whether any closed-form solution exists for the transformation equation of any redundant manipulator. Additionally, all jointed arm manipulators have a condition known as singularity. Conventional control systems and manipulators have portions of their operating areas that have inherent "quirks" that prevent effective operation of the controller. Conventional controllers generally cannot operate efficiently if a singularity exists within the operating region because the equations used for motion control do not have any mathematical solution to the singularity. Thus, although the mechanical configuration is affected by simplifying the mathematics involved in manipulator control, the problems associated with numerical control still exist. According to the present invention, an optimal mechanical configuration is possible without being restricted by numerical complexity, and
By adopting an iterative control method, coordinates can be transformed, redundant,
Mathematical issues such as singularity and mechanical imprecision can be addressed.
上述した4種類の基本的形態の汎用マニプレータ(何れ
もツールポイントにてムロ山皮となる)に加えて、専用
機用として、他の多くのリンク機構形態が開発されてい
る。かかる専用機用各アームの設計において、その特定
の作業を為すに必要な最小限の数だけの被駆動ジヨイン
トを有するリンク機構形態を採用する試みが為されてい
る。かかる試みにより、構造体部品、モータ、動力供給
機構、サーボフィードバック機構の数および寸法を削減
し、必要な制御システムの複雑さを軽減することができ
るため、著るしいコスト低減を図ることができる。専用
マニプレータの設計は、例えば、旋盤に対する部品のロ
ーディングおよびアンローディングという比較的簡単な
運動学的機能を得るために開発された。ある型式のマニ
プレータは、第1摺動体を旋盤主軸の中心線に対し平行
に取付けた2軸の直線座標機構を採用している。別型式
の一般的マニプレータは、短かい1つの摺動体に加えて
、旋回ジヨイントにて、接続した2つのリンクを利用し
、チャックで固定した短かい部品を取扱う。これら独創
的な特殊の機械的構成のため、上記何れのマニプレータ
もコントローラを使用して、座標変換を行なう必要はな
い。上記両型式のマニプレータ共、各ジヨイントを適正
な順序で独立的に駆動した場合、リンク機構の形態自体
により、所定の用途に適したツール経路が得られる。In addition to the four basic types of general-purpose manipulators mentioned above (all of which have rough edges at the tool point), many other link mechanism types have been developed for special-purpose machines. In the design of each arm for such specialized machines, attempts have been made to employ linkage configurations having the minimum number of driven joints necessary to accomplish the particular task. Such efforts can result in significant cost savings by reducing the number and size of structural components, motors, power supplies, servo feedback mechanisms, and reducing the complexity of the required control system. . Dedicated manipulator designs have been developed for relatively simple kinematic functions, such as loading and unloading parts on lathes. One type of manipulator employs a two-axis linear coordinate mechanism in which the first sliding body is mounted parallel to the centerline of the lathe main shaft. Another type of general manipulator uses two links connected at a pivot joint in addition to one short sliding body to handle short parts fixed with a chuck. Because of their unique and special mechanical configuration, none of the manipulators described above require the use of a controller to perform coordinate transformations. In both types of manipulators, when each joint is driven independently in the proper order, the form of the linkage itself provides a tool path suitable for a given application.
かかる構成により、ジヨイントは、アナログサーボ制御
回路網を不要にすることができる。Such a configuration allows the joint to eliminate the need for analog servo control circuitry.
第2例として溶接先端がその軸線を中心として回転する
のを制御する必要がなく、従って、2軸の手首を備えた
3軸のアームでツールを十分に制御し得る、工場内のM
IG溶接作業用の大型機種に使用するマニプレータがあ
る。特定の作業または作業クラスに最適な他の多くの型
式のマニプレータがある。多くの場合、ツールにおける
ムロ山皮以下の形態が採用され、リンクと摺動体、また
はその何れか一方の寸法、並びにその荷重能力は、その
特定の用途に合わせる。従って、かかる専用的用途には
、独創的な設計が必要となる。A second example is an M in a factory where there is no need to control the rotation of the welding tip around its axis and a three-axis arm with a two-axis wrist can therefore provide sufficient control of the tool.
There are manipulators used in large models for IG welding work. There are many other types of manipulators that are ideal for specific tasks or classes of work. In many cases, a smaller configuration of tools is employed, with the dimensions of the links and/or slides, and their load capacities, tailored to the particular application. Therefore, such specialized applications require creative designs.
従来のマニプレータの設計には、上述したのに加えて、
多数の著るしい制約および欠点がある。In addition to the above, conventional manipulator designs include:
There are a number of significant limitations and drawbacks.
6つの旋回ジヨイントを備え、ツールポイントにて、ム
ロ山皮が得られるジヨイント式アームマニプレータは、
他の汎用リンク機構形態より効率的であるが、模倣する
のが理想的である生物の類似器官、特に、人間の腕また
は象の鼻と比べ、操作性および器用さが著るしく劣る。The joint-type arm manipulator is equipped with 6 swivel joints and can obtain a rough surface at the tool point.
Although more efficient than other general purpose linkage forms, it is significantly less maneuverable and dexterous than the biological analogues it would be ideal to imitate, particularly the human arm or elephant trunk.
上述のように、かかるジヨイント式アーム装置は、運動
学的視点からいって、バックホーに似た作用をし、アー
ムリンク機構は、ベースの旋回ジヨイントによって、1
つの主要垂直軸を中心として回転される固定平面内で作
用する。かかる型式の装置の多くは、ジヨイントの角度
およびこれに伴なうアームの形態の組合せが単一であり
、この組合せにより、ツールの所定の位置および方向が
設定される。また、上記型式の装置の幾つかは、異なる
2つのアーム形態によって、ツールの所定の位置および
方向を設43一
定する。単一のツールポイントの位置に対して、2つの
アーム形態が可能な装置の例としては、Unimati
on PUMA600がある。この装置の場合旋回ジヨ
イントは固定位置に留まり、「肘」ジヨイント「上」ま
た[下J何れかに配設できる。こうした構成に拘わらず
、ツールの所定の位置に対して、作業スペース内の障害
物または部品自体が、アーム部片を妨害するならば、ア
ームは、衝突せずにツールポイントに達することができ
ない。人間の腕と異なり、かかる従来のジヨイント式ア
ームマニプレータは、障害物の周囲に達するのに十分な
自由度を備えていない。この制約は、第11図に示しで
ある。人間の腕は、肩から腰まで上白山皮を備えるもの
と考えられ、一定範囲の肘の高さを提供し、所定の手の
位置および方向に合ったアーム形態が得られる。セロ山
皮以上の象の鼻は、より複雑な形態となり、目的物間を
「ヘビ運動」することができる。多くの自動作業は、人
間の腕の器用さを要求する。また、より大きい自由度を
必要とする場合もある。従来の汎用コンピュータ制御式
マニプレータがアームの操作性およびツール取扱上の器
用さを欠くことは、これらマニプレータの性能および多
数の用途に対する適合性の点で重大な制約となる。As mentioned above, such a jointed arm device acts similar to a backhoe from a kinematic point of view, with the arm linkage mechanism being
Acts in a fixed plane rotated about two major vertical axes. Many of these types of devices have a single combination of joint angle and associated arm configuration that establishes a predetermined position and orientation of the tool. Also, some of the above types of devices establish 43 the predetermined position and orientation of the tool by means of two different arm configurations. An example of a device that allows two arm configurations for a single tool point location is the Unimati
There is on PUMA600. In this device, the swivel joint remains in a fixed position and can be placed either on the "upper" or "lower" side of the "elbow" joint. Regardless of this configuration, if for a given position of the tool, an obstacle in the work space or the part itself obstructs the arm piece, the arm cannot reach the tool point without colliding. Unlike the human arm, such conventional jointed arm manipulators do not have sufficient degrees of freedom to reach around obstacles. This constraint is illustrated in FIG. The human arm is considered to have upper skin from the shoulder to the waist, providing a certain range of elbow heights and providing an arm form that matches a predetermined hand position and orientation. Elephant trunks that are larger than Cerro Mountain Hide have a more complex shape and are capable of ``snake movement'' between objects. Many automated tasks require human manual dexterity. There are also cases where a larger degree of freedom is required. The lack of arm maneuverability and tool handling dexterity of conventional general-purpose computer-controlled manipulators is a significant limitation in the performance and suitability of these manipulators for numerous applications.
マニプレータに1または複数の「冗長な」ジヨイントを
追加することは、操作性が向上すること以外、多数の顕
著な利点が得られる。自由度を大きくして、アームの形
態を変化させ、目的物の周囲に達し得るようにする手段
を得るのと同様、アームは形態を変化させ、各アームジ
ヨイントのトルクまたは速度配分が最も均等に行われる
ようにジヨイントを配設することができる。人間は、重
量物を持上げる間、自分の腕の形態を変化させ、最小の
力およびモーメントが各関節に作用するようにする。人
間は、腕の冗長性を利用して「てこの作用」を最大にし
ようとする。ムロ山皮のジヨイントアームの場合、バッ
クホーのように同一平面内で作動するため、アームの形
態を変化させ、力およびトルクの配分を調整することは
できない。このため、その作動領域内の特定の点および
異なるアーム形態における機構の持上げ能力は、2〜3
のジヨイントだけが持上げ作用に関与するため、不当に
小さくなる。一方、運動学的に冗長なマニプレータは、
1形態のジヨイントでは、所定の荷重を持上げることは
できないが、別の形態では可能となり、アームはそのよ
うに形態を変化させることができる。同様に、高速で動
かす場合、ムロ山皮のアームが達成可能なツールポイン
トの最高速度は、1つのジヨイントの最高速度によって
、軌跡経路内の任意の点にて最終的に測定される。Adding one or more "redundant" joints to a manipulator has a number of significant advantages, other than improved maneuverability. Just as the degrees of freedom allow the arm to change shape and provide a means to reach around the object, the arm can also change shape to ensure the most even distribution of torque or velocity at each arm joint. The joint can be arranged as shown in the figure. While lifting heavy objects, humans change the configuration of their arms so that minimal forces and moments are applied to each joint. Humans try to maximize ``leverage'' by exploiting the redundancy of their arms. In the case of Muroyamahide's jointed arm, it operates within the same plane like a backhoe, so it is not possible to change the shape of the arm and adjust the distribution of force and torque. For this reason, the lifting capacity of the mechanism at a particular point within its working area and at different arm configurations is 2-3
Since only the joint takes part in the lifting action, it becomes unduly small. On the other hand, a kinematically redundant manipulator is
One form of joint may not be able to lift a given load, but another form may, and the arm may change form accordingly. Similarly, when moving at high speeds, the maximum tool point velocity that a mulch arm can achieve is ultimately determined by the maximum velocity of one joint at any point in the trajectory path.
ムロ山皮のアームの場合、経路の任意の点における動作
条件は、ジヨイント全てに均等でなく、しかも、形態を
変化させ、配分を調整することもできない。従って、冗
長なジヨイントを追加することにより、マニプレータの
効率は著るしく向上し、所定の駆動力およびアームの長
さに対する荷重およびツールの作用力は増大し、さらに
ツールポイントの速度も増大させることができる。In the case of the Muroyamabark arm, the operating conditions at any point in the path are not equal for all joints, and furthermore, the shape cannot be changed and the distribution cannot be adjusted. Therefore, by adding redundant joints, the efficiency of the manipulator is significantly increased, increasing the load and tool forces for a given drive force and arm length, and also increasing the speed of the tool point. I can do it.
運動学的冗長性によって軽減することのできるムロ山皮
のアームに内在する別の問題点は、ジヨイントの移動限
界に関する。ジヨイント式アームの多くの機械的実施態
様において、360°以上回転する旋回ジヨイントは、
皆無か、皆無でないにしても極く少ない。多くの典型的
なジヨイントは、180°以上は回転しない。このこと
は、アームが一定範囲内の動作を為す上で制約となる。Another problem inherent in the Muroyama skin arm that can be alleviated by kinematic redundancy relates to joint travel limitations. In many mechanical embodiments of jointed arms, the swivel joint rotates more than 360°,
There are no, if not no, very few. Many typical joints do not rotate more than 180 degrees. This restricts the arm from operating within a certain range.
例えば、所定の動作経路がツール方向を特定した場合(
作業スペース内の任意の直線に対し、3軸が垂直となり
、次いで軌跡の直線のある点で垂直となる方向)、アー
ムの1つのジヨイントは、その移動限界点に達し、それ
以上、所望の経路に沿って動くことはない。これは、他
のジヨイントがその移動中心に近接したままの状態であ
っても同じである。For example, if a given motion path specifies the tool direction (
If the three axes are perpendicular to any straight line in the workspace and then perpendicular at some point in the straight line of the trajectory), one joint of the arm will reach its limit of movement and no longer move along the desired path. It does not move along. This is true even if other joints remain close to the center of movement.
運動学的冗長性は、個々のジヨイントの移動限界を全て
利用し得るような方法にて、必要な動きを再分配する手
段を提供し、よって、マニプレータの有効作動領域およ
びツール取扱いに対する器用さが増す。Kinematic redundancy provides a means to redistribute the necessary motion in such a way that the full travel limits of the individual joints can be utilized, thus reducing the effective working area of the manipulator and dexterity for tool handling. Increase.
マニプレータ機構の運動学的冗長性を実現するには多く
の形態が可能である。実際上、任意の型47一
式の1つのジヨイントをムロ山皮のアームリンク機構の
任意の位置に追加することによって達成できる。2つの
共線的な旋回ジヨイントを直列に設ければ十分である。Many forms are possible for realizing kinematic redundancy in the manipulator mechanism. In practice, this can be achieved by adding one joint of any set of types 47 to any position of the Muroyamahide arm linkage. It is sufficient to provide two collinear pivot joints in series.
運動学的冗長性を達成するには、かかる追加的自由度を
リアルタイムに制御する必要はない。部品に対する作業
中、アームを異なる固定位置に割出す摺動体に取付けた
同時制御手段により、ムロ山皮を提供する従来のマニプ
レータは、1種の原初的冗長性を備える。しかし、ムロ
山皮の従来のジヨイント式汎用アームマニプレータによ
り、人間の腕と同様の器用さを達成するためには、肩の
「ピッチ」ジヨイントと肘の「ピッチ」ジヨイント間に
旋回ジヨイントを追加し、これら両ジヨイントの回転軸
が相互に平面から外に離脱し得るようにすることができ
る。これにより、肘は第13図に示すように、回転して
平面から離脱する。即ち、「旋回」し、第12図に示す
ように、障害物を回避し、目的物の裏側の目標点に達す
る自由度を提供する。ASERlR60ボツトのように
、普及している多くのジヨイント式アームの設計におい
て、遠方のアームジヨイントに力を伝達するために採用
する伝達リンク機構では、かかる回転ジヨイントを上部
アーム部片内に内蔵するのが不可能ではないにしても、
困難である。Real-time control of such additional degrees of freedom is not necessary to achieve kinematic redundancy. Conventional manipulators, which provide a smooth surface, are provided with a kind of primitive redundancy by means of simultaneous control means mounted on slides that index the arms into different fixed positions during work on the part. However, with Muroyamapi's conventional joint-type general-purpose arm manipulator, in order to achieve dexterity similar to that of a human arm, a swivel joint must be added between the shoulder "pitch" joint and the elbow "pitch" joint. , the axes of rotation of both joints can be moved out of the plane of each other. As a result, the elbow rotates and leaves the plane as shown in FIG. That is, it provides the freedom to "swivel" and avoid obstacles and reach a target point behind an object, as shown in FIG. In many popular jointed arm designs, such as the ASERlR60, the transfer linkage employed to transmit force to a distal arm joint incorporates such a rotating joint within the upper arm section. Although it is not impossible,
Have difficulty.
運動学的に冗長なアームにより、「知能のある」人間の
腕と同様の挙動を達成するためには、感覚・相互作用の
リアルタイム制御が必要である。マニプレータの運動学
的冗長性に対するかような適応制御を行なうためには、
アームの内部状態に関する情報、高位の制御レベルおよ
び「先端」のセンサからの情報に応答して、リアルタイ
ム動作計画コントローラによって、7以上のジヨイント
を全て同時に且つ協調的に作動させなければならない。The kinematically redundant arm requires real-time control of sensation and interaction to achieve behavior similar to an "intelligent" human arm. In order to perform such adaptive control on the kinematic redundancy of the manipulator,
All seven or more joints must be actuated simultaneously and in a coordinated manner by a real-time motion planning controller in response to information about the internal state of the arm, higher control levels, and information from sensors at the "tip."
動作コントローラは、軌跡の計画および調和したジヨイ
ント制御の双方を取扱わなければならない。The motion controller must handle both trajectory planning and coordinated joint control.
プログラム化した目標点をリアルタイムにて、1組の調
和したジヨイント指令に変換しなければならない。The programmed target points must be converted in real time into a set of harmonized joint commands.
従来のジヨイント式アームロボットは、また、一般に、
マニプレータの制御の安定性およびその動作精度に関す
る性能の点で著るしい制約がある。Conventional jointed arm robots also generally
There are significant performance limitations regarding the stability of the control of the manipulator and the accuracy of its operation.
多くの設計は、度量衡または小形部品の組立てといった
用途に必要な動作の高度の正確さ、繰返し性および精度
を達成するサーボ制御技術を提供することができない。Many designs fail to provide servo control techniques that achieve the high degree of accuracy, repeatability, and precision of motion necessary for applications such as metrology or small parts assembly.
かかるマニプレータのサーボ制御システムは、作動帯域
幅が狭いか、または重要なフィードバック制御能力を採
用することができない。前述のように、あるジヨイント
式アームの設計は、従来の工作機械のサーボ制御システ
ムでは効果的に制御できない駆動列のコンプライアンス
、構造体コンプライアンスおよび機械的不正確さに起因
して、安定性および精度がさらに低下するという機械的
欠点がある。Servo control systems for such manipulators have narrow operating bandwidths or cannot employ significant feedback control capabilities. As previously mentioned, some jointed arm designs have problems with stability and accuracy due to drive train compliance, structural compliance, and mechanical inaccuracies that cannot be effectively controlled by traditional machine tool servo control systems. There is a mechanical drawback in that the value is further reduced.
本発明の目的は、汎用および様々な専用的用途の双方に
適したアーム形態を備えたマニプレータを提供すること
である。また、各種の方法にて組合せ、各種寸法および
荷重能力のマニプレータを構成することのできる標準化
した互換性のあるアーム部片を備え、操作が容易なモジ
ュラ一式マニプレータを提供することももう1つの目的
である。It is an object of the invention to provide a manipulator with an arm configuration suitable for both general purpose and various specialized applications. It is another object to provide a modular, easy-to-operate manipulator with standardized and interchangeable arm pieces that can be combined in a variety of ways to configure manipulators of various dimensions and load capacities. It is.
さらに、混雑した環境、過酷な環境および高度に消毒し
た環境下にて作動することのできる自己密閉型の耐久性
あるマニプレータを提供することも目的とする。It is a further object to provide a self-sealing, durable manipulator that can operate in crowded, harsh and highly disinfected environments.
本発明のさらに別の目的は、操作性、器用はおよび繰返
し性を改良した汎用マニプレータを提供することである
。より具体的には、本発明の目的は、運動学的冗長性に
伴なう制御上の問題点のない、7以上の軸で作動し得る
形態としたマニプレータおよびコントローラを提供する
ことである。Yet another object of the present invention is to provide a general purpose manipulator with improved maneuverability, dexterity, and repeatability. More specifically, it is an object of the present invention to provide a manipulator and controller configured to operate in more than seven axes without the control problems associated with kinematic redundancy.
正確さおよび繰返し性を改良したマニプレータを提供す
ることももう1つの目的である。It is another object to provide a manipulator with improved accuracy and repeatability.
さらに、本発明の目的は、作動の応答性および動きの滑
らかさを改良し、よって、ツール経路速度および動作の
正確さを増大させるマニプレータおよびサーボ制御手段
を提供することである。Furthermore, it is an object of the present invention to provide a manipulator and servo control means that improves the responsiveness of actuation and smoothness of movement, thus increasing tool path speed and accuracy of movement.
本発明の追加的目的、利点および新規な特徴は、以下に
説明するが、一部は、当業者が次の説明を読み、または
、本発明を実施することにより理解できるであろう。本
発明の目的および利点は、特許請求の範囲に記載した装
置および方法により理解できるであろう。Additional objects, advantages, and novel features of the invention are described below, and in part, will be apparent to those skilled in the art from reading the following description or by practicing the invention. The objects and advantages of the invention will be realized from the apparatus and method that follow.
問題点を解決するための手段
上記目的を達成するため、本発明のマニプレータは、電
子コントローラと、および直列に組立て、アームを形成
することのできるユニット化し、一体化した1組のジヨ
イント駆動モジュールとを備えている。このマニプレー
タは、異なる形態に組立て、標準化した3種のジヨイン
ト(回転、ピッチおよび横組立ジヨイント)から、汎用
および専用的目的に適した形態のマニプレータとするこ
とのできるアームの形態設計概念に基づくものである。Means for Solving the Problems To achieve the above objects, the manipulator of the present invention comprises an electronic controller and a set of unitized joint drive modules that can be assembled in series to form an arm. It is equipped with This manipulator is based on an arm configuration design concept that allows the manipulator to be assembled into different configurations and made into a manipulator with three standardized joints (rotation, pitch, and lateral assembly joints) suitable for general and special purposes. It is.
本発明の各回転ジヨイントは、減速歯車組立体により相
対回転し得るように設けた共直線状の構造内殻体および
外殻体で構成されている。各ピッチジヨイントは、その
回転軸が回転ジヨイントの軸線に対し略垂直となり且つ
その軸線からずれるように配設され、回転ジヨイントに
採用したのと略同一形態の減速歯車組立体によって駆動
される2つの相回転部品を備えている。本発明は、一般
に回転ジヨイントおよびピッチジヨイント共、相互に直
列に接続し、特定の用途に必要な多くの自由度および操
作性が得られる設計である。ピッチジヨイントの回転軸
は、回転ジヨイントの回転軸からずらしである。各回転
ジヨイントは、最低360°回転する。各ピッチジヨイ
ントの偏心および回転範囲によって、隣接する回転ジヨ
イントは、第14図に示すように折畳まれ、相互に平行
となる。Each rotation joint of the present invention is comprised of co-linear structural inner and outer shells adapted for relative rotation by a reduction gear assembly. Each pitch joint is arranged such that its rotation axis is substantially perpendicular to, and offset from, the axis of the rotation joint, and is driven by a reduction gear assembly of approximately the same form as that adopted for the rotation joint. It has two phase rotating parts. The present invention is generally designed in such a way that both the rotation joint and the pitch joint are connected in series with each other to provide many degrees of freedom and maneuverability as required for a particular application. The axis of rotation of the pitch joint is offset from the axis of rotation of the rotation joint. Each rotation joint rotates a minimum of 360 degrees. Due to the eccentricity and range of rotation of each pitch joint, adjacent rotation joints are folded and parallel to each other as shown in FIG.
各ピッチジヨイントには、本体部および本体部から伸長
する平行な2つの耳としたUリンクで構成した耳モジュ
ールを設けることができる。ベル部分およびベル部分か
ら伸長する管状部を備えるケースモジュールが設けられ
、管状部分は耳モジュールの平行な両耳間に取付けるこ
とができる。駆動手段がケースモジュールと耳モジュー
ル間で相対回転可能なように設けられ、さらに、レゾル
バが最大回転半径に設けられ、相対回転を測定する。Each pitch joint may be provided with an ear module consisting of a body and two parallel ears extending from the body. A case module is provided that includes a bell portion and a tubular portion extending from the bell portion, the tubular portion being attachable between parallel ears of the ear module. Drive means are provided for relative rotation between the case module and the ear module, and a resolver is provided at the maximum rotation radius to measure the relative rotation.
減速歯車およびアクチュエータが過荷重により損傷する
のを防止するため、クラッチも設けられている。A clutch is also provided to prevent damage to the reduction gear and actuator due to overload.
ピッチジヨイントの隣接するケースモジュールに容易に
固着し得るようにした構造内殻体が、各回転ジヨイント
に設けられている。構造内殻体および外殻体を相対回転
させる駆動手段が設けられ、相対回転を測定するレゾル
バが設けられる。過荷重クラッチも設ける。上記構成に
よって、回転ジヨイントおよびピッチジヨイントを直列
に接続し、手に適用するのに必要な自己駆動式の容易に
互換可能な多数のジヨイントを備えたマニプレータを得
ることができる。Each rotation joint is provided with a structural inner shell that allows the pitch joint to be easily secured to an adjacent case module. Drive means are provided for relative rotation of the structural inner shell and outer shell, and a resolver is provided for measuring the relative rotation. An overload clutch will also be provided. The above configuration makes it possible to connect the rotary joint and the pitch joint in series, resulting in a self-driven, easily interchangeable multi-joint manipulator, which is necessary for hand applications.
本発明のマニプレータのような装置の動作を安定させる
サーボ制御機構が設けられている。速度指令信号に応答
するアクチュエータ被駆動部材に作用する駆動力を検出
し、フィードバック信号を発生させるサーボ制御機構が
設けられる。駆動力のフィードバック信号は、指令信号
と比較し、その結果生じる信号を補正して、サーボ機構
に対する安定性および最適な帯域幅を提供する。また、
速度および位置フィードバックループを設けることもで
きる。A servo control mechanism is provided to stabilize the operation of a device such as the manipulator of the present invention. A servo control mechanism is provided that detects the driving force acting on the actuator driven member in response to the speed command signal and generates a feedback signal. The drive force feedback signal is compared to the command signal and the resulting signal is corrected to provide stability and optimal bandwidth for the servomechanism. Also,
Velocity and position feedback loops may also be provided.
本発明は、幾多の利点をもたらすものである。The invention provides a number of advantages.
独立的に駆動され、ユニット化したアーム部片の構成に
より、マニプレータは、標準化したジヨイントモジュー
ルおよび構成要素を用いて、汎用および専用目的に適し
た任意の数の回転軸を備えたマニプレータ構造とするこ
とができる。これによって、顧客が以前製造したのと異
なる形態のマニプレータを要求する場合、完全に設計変
更しなければならない必要性は少なくなる。The configuration of independently driven, unitized arm sections allows the manipulator to be configured with any number of rotating axes, suitable for general and special purposes, using standardized joint modules and components. can do. This reduces the need for a complete design change if a customer requires a different form of manipulator than previously manufactured.
さらに、ジヨイント形態により、通常以上の可視性を備
えたマニプレータとすることができる。Furthermore, the joint configuration allows the manipulator to have greater visibility than usual.
このマニプレータが提供する球状の作動領域は、約90
°の円錐体を切欠いた球状の作動領域を提供する「3つ
の回転手首」を使用するものを含む。はとんどのマニプ
レータの作動領域より完全なものとなる。ジヨイントを
ユニット化したことによる利点もある。ジヨイントには
、ジヨイントを既存のマニプレータに容易に脱着可能な
取付は手段が設けられている。これによって、故障した
ジヨイントを迅速且つ容易に交換することができる。こ
のため故障したジヨイントを取外し、完全に分解して、
修理する間に、別のジヨイントと交換し、マニプレータ
を元の作動状態に復元することができるため、マニプレ
ータの作動停止時間を著るしく短縮することが可能であ
る。さらに、この特徴によって、本発明のマニプレータ
の大口ユーザは、比較的僅かな標準化部品およびジヨイ
ントを在庫するだけで、大量のマニプレータの保守を行
なうことができる。This manipulator provides a spherical working area of approximately 90
These include those that use "three rotating wrists" that provide a spherical actuation area with a spherical notched cone. is more complete than the working area of most manipulators. There are also advantages to unitizing the joint. The joint is provided with attachment means that allow the joint to be easily attached to and detached from an existing manipulator. This allows a failed joint to be quickly and easily replaced. Therefore, remove the failed joint, completely disassemble it, and
During repair, it is possible to replace the joint with another joint and restore the manipulator to its original operating condition, so that the out-of-operation time of the manipulator can be significantly reduced. Additionally, this feature allows large users of the manipulators of the present invention to maintain a large number of manipulators by stocking relatively few standardized parts and joints.
この外骨格構造体において、回転ジヨイントアーム部片
の撓み荷重支承主要部材は、ジヨイントの回転軸からの
半径を適当な最大寸法とした薄肉厚の管である。これに
より、リンク断面の剛性対重量比は最適値となる。回転
ジヨイントおよびピッチジヨイント共、完全な内部駆動
手段、変換器および配線は、損傷しないように保護され
、これら構成要素の温度は、内部換気によって制御する
ことができる。さらに、外骨格構造体は、1回転ジヨイ
ント、および2ピツチジヨイントごとに密封しなければ
ならない可動表面の数が少なくて済む。In this exoskeleton structure, the main deflection load-bearing member of the rotating joint arm section is a thin-walled tube whose maximum dimension is an appropriate radius from the axis of rotation of the joint. As a result, the stiffness-to-weight ratio of the link cross section becomes an optimum value. The complete internal drive means, transducers and wiring of both the rotation and pitch joints are protected from damage and the temperature of these components can be controlled by internal ventilation. Furthermore, the exoskeletal structure requires fewer moving surfaces that must be sealed every one rotation joint and every two pitch joints.
これにより内部駆動手段、変換器および配線を汚染物質
、腐食性ベーパおよび液体から保護することができる。This allows the internal drive means, transducers and wiring to be protected from contaminants, corrosive vapors and liquids.
実際、適正なシールおよび内部圧力を選択することによ
り、本発明の装置は液中で使用することもできる。In fact, by selecting appropriate seals and internal pressures, the device of the invention can also be used submerged.
逆に、作業環境が清浄でなければならない半導体製造工
場においては、容易に密封した外骨格構造体を使用して
、機械から発生した汚染物質を機械内部に保持しておく
ことができる。Conversely, in semiconductor manufacturing plants where the working environment must be clean, easily sealed exoskeleton structures can be used to keep machine-generated contaminants inside the machine.
ピッチジヨイントモジュールの対称的な軸受配置により
、軸受荷重と構造体荷重間のバランスを図ることができ
、静的および動的性能は最大となる。The pitch joint module's symmetrical bearing arrangement allows for a balance between bearing loads and structural loads, maximizing static and dynamic performance.
各ピッチジヨイントおよび回転ジヨイントモジュール内
の最大半径位置にレゾルバを取付けることにより、ジヨ
イントとレゾルバ電機子間の比率を最も高い値にするこ
とができる。ジヨイントの回転は、熱的に安定した取付
手段内にて直接測定するから極めて正確で繰返し可能な
測定を行ない得る。By mounting the resolver at the maximum radius position within each pitch joint and rotation joint module, the highest ratio between the joint and the resolver armature can be achieved. Since joint rotation is measured directly within a thermally stable mounting means, highly accurate and repeatable measurements can be made.
ピッチジヨイントが回転ジヨイントから偏心する寸法を
含む、マニプレータを構成する連続的なジヨイント間の
寸法関係によって、マニプレータは、普通以上の操作性
、器用さおよび繰返し性を備えることができる。このマ
ニプレータを感覚反応状態で制御し、実際上、運動学的
に冗長な形態を支援し得るコントローラの性能により、
第12図に示すように、目的物の周囲に容易に達し、障
害物を回避することのできるマニプレータ形態とするこ
とができる。さらに、ピッチジヨイントが機械の中心軸
からずれていることは、コントローラに対し、数学的困
難性をもたらす一方、マニプレータは、それ自体折畳ま
れ、所定長さのアームおよび作動領域を極めてコンパク
トにまとめ、よって、有効作動領域を拡大することがで
きる。The dimensional relationship between the successive joints that make up the manipulator, including the dimension by which the pitch joint is eccentric from the rotation joint, allows the manipulator to have greater maneuverability, dexterity, and repeatability. Due to the ability of the controller to control this manipulator in a sensory responsive state and to support a form that is practically kinematically redundant,
As shown in FIG. 12, the manipulator can be configured to easily reach around objects and avoid obstacles. Furthermore, the offset of the pitch joint from the central axis of the machine poses mathematical difficulties for the controller, while the manipulator itself folds, making the arm of a given length and working area extremely compact. In summary, the effective operating area can therefore be expanded.
典型的な工作機械の設計と異なり、本発明の如き極めて
操作性に富んだマニプレータのサーボコントローラは、
マニプレータの動作の遅れおよび不正確さを回避するた
め特別の配慮を必要とする。Unlike typical machine tool designs, the highly maneuverable manipulator servo controller of the present invention
Special care is required to avoid delays and inaccuracies in manipulator operation.
本発明のサーボコントロールは、フィードバックおよび
補正技術を用いて、マニプレータ基の機械的ラフさを解
消することにより、マニプレータの動作の滑らかと精度
の向上を図っている。The servo control of the present invention uses feedback and correction techniques to improve the smoothness and precision of manipulator operation by eliminating mechanical roughness in the manipulator base.
本発明のさらに別の利点を以下に説明するが、当業者な
ら、これらを読み、または本発明を実施することによっ
て、これら利点を理解することができるであろう。Further advantages of the invention are described below, and will be understood by those skilled in the art from reading them or by practicing the invention.
実施例
本発明は電子的に制御された、多関節の人間類似のマニ
プレータアームを備える。このマニプレータアームの典
型的形態は、第1図に示しである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention comprises an electronically controlled, articulated, humanoid manipulator arm. A typical form of this manipulator arm is shown in FIG.
組立構造体は、ベース1から伸長するアーム部片、即ち
「ジヨイント」を連結して構成する。ベース1は、床、
頭上の支持構造体、可動台車、その他適当な支持手段に
取付けることができる。The assembly structure is constructed by connecting arm parts, ie, "joints" extending from the base 1. Base 1 is the floor,
It can be attached to an overhead support structure, a mobile trolley, or other suitable support means.
マニプレータを構成するアームジヨイントには、回転ジ
ヨイント2.6.10.14およびピッチジヨイント4
.8.12という2種類の基本型がある。寸法の異なる
点を除いて、1つのピッチジヨイントについて説明すれ
ば、他の全てのジヨイントに当てはまる。即ち、マニプ
レータアームは、ここに説明する構造の任意の数のアー
ムジヨイントを使用して、構成することができる。しか
し、端ジヨイント2.14の設計を変更し、特定の用途
または構成要素の寸法上の制約に順応させることが望ま
しい場合もある。The arm joints that make up the manipulator include rotation joint 2.6.10.14 and pitch joint 4.
.. There are two basic types: 8.12. A description of one pitch joint applies to all other joints, except for dimensions. That is, the manipulator arm can be constructed using any number of arm joints of the structure described herein. However, it may be desirable to modify the design of the end joint 2.14 to accommodate the dimensional constraints of a particular application or component.
ピッチジヨイントおよび回転ジヨイントは、独立的に駆
動し、第1図に矢印で示したように、その縦軸を中心と
して相対回転するようにする。第1図に示すような典型
的な組立体において、ベースに隣接する第1アームジヨ
イントは、回転ジヨイント2である。各回転ジヨイント
は、その縦軸を中心として回転する。典型的な形態のア
ームは、アーム末梢端の端部効果器、またはツール16
に至る相互に配設した1連のピッチジヨイントおよび回
転ジヨイントを備える。第1図に示すように、回転ジヨ
イントは、一般に、その断面が、アーム末梢端の方向に
向けて縮径している。同様に、同方向に後続する各ピッ
チジヨイントも、一般に縮径している。ピッチジヨイン
ト8のような典型的なピッチジヨイントにおいて、末梢
端取付はカラー18の径は、基端取付はカラーより小さ
い。マニプレータのアームジヨイントは、好適実施態様
において、マニプレータの基端から末梢端に向けて縮径
しているが、この特徴は、本発明の必須要件ではない。The pitch and rotation joints are independently driven to provide relative rotation about their longitudinal axes as indicated by the arrows in FIG. In a typical assembly as shown in FIG. 1, the first arm joint adjacent to the base is a rotation joint 2. Each rotation joint rotates about its longitudinal axis. A typical configuration of the arm includes an end effector or tool 16 at the distal end of the arm.
It comprises a series of mutually disposed pitch joints and rotation joints leading to. As shown in FIG. 1, the rotation joint generally has a cross section that decreases in diameter toward the distal end of the arm. Similarly, each pitch joint that follows in the same direction is also generally reduced in diameter. In a typical pitch joint, such as pitch joint 8, the diameter of the collar 18 at the distal end is smaller than the diameter of the collar 18 at the proximal end. Although the arm joint of the manipulator tapers in the preferred embodiment from the proximal end to the distal end of the manipulator, this feature is not a requirement of the invention.
各種アームジヨイントを回転させることによって、ツー
ル16の位置および方向は、アームの作動領域内で任意
に調節することができる。By rotating the various arm joints, the position and orientation of the tool 16 can be adjusted arbitrarily within the working area of the arm.
第1図に示し、また、以下詳細に説明するように、アー
ムジヨイントは、本来外骨格体である。As shown in FIG. 1 and explained in more detail below, the arm joint is essentially an exoskeleton.
即ち、アームジヨイントは、主として、ツール位置にて
荷重を支承するのに必要な構造体支持を行なう管状構造
体で構成されている。各アームジヨイントは、それ自体
の内部モータおよび外骨組構造体内に収納させた減速歯
車組立体によって、独立的に駆動される。この外骨組構
造体により、アームの剛性対重量比率は高い値となる。That is, the arm joint is primarily comprised of a tubular structure that provides the structural support necessary to carry the load at the tool location. Each arm joint is independently driven by its own internal motor and reduction gear assembly housed within the external skeleton structure. This outer framework structure provides a high stiffness-to-weight ratio of the arm.
また、外骨組構造体は、駆動機構並びに好適実施態様に
おいて、ジヨイントからジヨイントまで構造体の内部を
通る配線を保護する。さらに、外骨組構造体は、必要で
あれば、アームのベース1に位置決めした単一の空気源
によって、各駆動モータを空冷することができる。外骨
組構造体は、また密封して、水中で使用することもでき
、または強制的に換気し、ひどく汚染された環境にて使
用することもできる。The outer frame structure also protects the drive mechanism and, in a preferred embodiment, the wiring that runs through the interior of the structure from joint to joint. Furthermore, the outer framework structure can air cool each drive motor, if necessary, by a single air source located at the base 1 of the arm. Exoframe structures can also be sealed and used underwater, or forced ventilation and used in heavily contaminated environments.
第2図は、本発明のマニプレータアームの作動領域を示
す図である。この図面等に示すように、各ピッチジヨイ
ント4.8および12は、回転ジヨイントの軸が共直線
状となる状態で伸長したアームの縦軸からずらしである
。このようにずらしたことによって、マニプレータアー
ムを折畳むか、または完全に伸長させることができる。FIG. 2 is a diagram showing the operating area of the manipulator arm of the present invention. As shown in the figures, each pitch joint 4.8 and 12 is offset from the longitudinal axis of the extended arm with the axes of the rotation joints being colinear. This offset allows the manipulator arm to be folded or fully extended.
この設計の特徴から、人間の腕と同様の略球状の作動領
域が得られる。This design feature provides a generally spherical working area similar to the human arm.
第3図は、本発明に従って、連続するアームジヨイント
を接続し、マニプレータを構成する方法を示す6以下に
より詳細に説明するように、各回転ジヨイントおよび各
ピッチジヨイントは、両端に当接面30および傾斜張出
部32を備えている。さらに、連続するアームジヨイン
トを適応させるのに必要な配線が内部に設けられ、アー
ムジヨイントの各端に設けた係合する配線継手34に接
続されている。こうした特徴によって、アームは、連続
するアームジヨイントによって容易に組立て、末梢端に
向けて縮径させることができる。FIG. 3 shows a method of connecting successive arm joints to form a manipulator in accordance with the present invention. As described in more detail below, each rotation joint and each pitch joint has abutment surfaces at each end. 30 and an inclined protrusion 32. Additionally, the wiring necessary to accommodate successive arm joints is provided internally and connected to mating wiring joints 34 at each end of the arm joint. These features allow the arm to be easily assembled and reduced in diameter toward the distal end with a continuous arm joint.
隣接するアームジヨイントを接続するには、両ジヨイン
トを近接させ、配線継手34を係合させる。To connect adjacent arm joints, both joints are brought into close proximity and the wiring joints 34 are engaged.
次に、当接面30を当接状態にする。最後に、クランプ
リング36を隣接するアームジヨイントの傾斜張出部3
2の上に当てがい、リング36を締付ける。Next, the contact surface 30 is brought into contact. Finally, attach the clamp ring 36 to the inclined overhang 3 of the adjacent arm joint.
2 and tighten the ring 36.
このようにして、連続するアームジヨイントが構造的に
連結され、より末梢のアームジヨイントを駆動するのに
必要な配線が接続される。以下により詳細に説明するこ
のクランプ機構により、1本のボルト、またはその他の
締結具を使用するだけで、当接面30の周縁に沿って均
一な締付力を絶えず作用させるという利点が得られる。In this way, successive arm joints are structurally linked and the wiring necessary to drive the more distal arm joints is connected. This clamping mechanism, described in more detail below, provides the advantage of constantly applying a uniform clamping force along the periphery of the abutment surface 30 using only a single bolt or other fastener. .
従って、連続するアーム部片は、迅速に取外し、修理し
、また、在庫のアーム部片と交換することができる。Thus, successive arm sections can be quickly removed, repaired, and replaced with stock arm sections.
当業者は、連続するジヨイント間に別の締結手段を用い
ることも可能であることが了知できよう。Those skilled in the art will recognize that other fastening means may be used between successive joints.
例えば、各当接端には、ボルト、その他の適当な締結手
段を入れるのに適した1連の穴を形成した半径外方伸長
フランジを設けることができる。但し、かかるフランジ
は、マニプレータを折畳む上で邪魔になる。For example, each abutment end may be provided with a radially outwardly extending flange defining a series of holes suitable for receiving bolts or other suitable fastening means. However, such a flange becomes an obstacle when folding the manipulator.
外骨格構造体および各ジヨイントの独立的な駆動手段は
、多数の利点を提供する。前述したように、故障したア
ーム部片は、迅速に取外し、修理を行ない、また、同一
の在庫品アーム部片と変換することができる。基端から
末梢端まで全体的寸法が縮径することと共に、これら特
徴により第4図に示すように、マニプレータは各種寸法
および強度範囲に亘る互換性を備えることができる。こ
のように、独立的に駆動されるユニット化した1連のピ
ッチジヨイントおよび回転ジヨイントを製造し、これら
を各種の方法にて組立て、広範囲の寸法および強度を備
えたマニプレータとすることができる。より重要なこと
は、組合せて特定のマロ4−
ニブレータ形態とすることのできる連続的なアームジヨ
イントの数は、様々に変えることができる点である。例
えば、簡単な作業には、アームジヨイント数は3つとし
、3番目のアームジヨイントの端部にツールを取付ける
だけでよい。より操作性が必要な場合には、本発明のマ
ニプレータアームの連続的なアームジヨイントは如何な
る数としてもよい。以下に説明するように、本発明の好
適実施態様は、7以上のアームジヨイントを使用するも
のである。アームジヨイントを7つ以上使用すれば、各
種方法にて障害物の周囲に達し、ツールを特定の位置お
よび方向に位置決めすることのできるマニプレータを構
成することができる。アームジヨイントを7つ以上使用
することは、適正に制御したならば、作動上の多数の利
点が得られる「冗長」として知られる状態を形成するこ
とができる。The exoskeleton structure and independent actuation means for each joint offer a number of advantages. As previously discussed, a failed arm section can be quickly removed, repaired, and replaced with an identical stock arm section. These features, along with decreasing overall dimensions from the proximal end to the distal end, allow the manipulator to be interchangeable over a range of sizes and strengths, as shown in FIG. In this manner, a series of independently driven unitized pitch and rotation joints can be manufactured and assembled in a variety of ways into manipulators of a wide range of sizes and strengths. More importantly, the number of consecutive arm joints that can be combined into a particular Maro 4-nibrator configuration can vary. For example, for a simple operation, the number of arm joints may be three, and the tool may only be attached to the end of the third arm joint. If more maneuverability is required, the manipulator arm of the present invention may have any number of consecutive arm joints. As explained below, preferred embodiments of the invention utilize seven or more arm joints. By using seven or more arm joints, it is possible to construct a manipulator that can reach around obstacles and position the tool in a particular position and orientation in a variety of ways. The use of more than seven arm joints, if properly controlled, can create a condition known as "redundancy" which provides a number of operational advantages.
第5図を参照すると、回転ジヨイントの軸が共直線状の
状態にて伸長するマニプレータアームの1部の平面図が
示しである。回転ジヨイント6.10は、マニプレータ
末梢端の方向に向けて、縮径する断面を備えている。ピ
ッチジヨイント8.12は、各回転ジヨイント間に位置
決めされ、それぞれその中心軸40.42を中心として
回転する。Referring to FIG. 5, a plan view of a portion of a manipulator arm is shown with the axes of the rotation joints extending co-linearly. The rotary joint 6.10 has a cross-section that decreases in diameter in the direction of the distal end of the manipulator. A pitch joint 8.12 is positioned between each rotation joint and each rotates about its central axis 40.42.
第5図のピッチジヨイント8の平面図は、ピッチジヨイ
ントの構成およびその作動方法を示す。The plan view of the pitch joint 8 in FIG. 5 shows the construction of the pitch joint and its method of operation.
前述のように、ジヨイントは、それぞれ隣接する回転ジ
ヨイント10.6を受入れるのに適した直径の末梢端取
付はカラー18および基部取付はカラー20を備えてい
る。各ピッチジヨイントは全体として、耳モジュール4
4およびケースモジュール46という、軸受および駆動
手段によって連結した2つの半体で構成される。この耳
モジュール44およびケースモジュール46は、中心軸
4oを中心として、相互に相対旋回する。ピッチジヨイ
ント用の駆動手段がピッチジヨイント内に収容されてい
る。この駆動手段は、耳モジュール44の耳48.50
よりも縦方向に伸長し、モータカバー52および駆動カ
バー54によって密閉されている。As previously mentioned, the joints are provided with a collar 18 at the distal end and a collar 20 at the proximal end, each of a diameter suitable to receive the adjacent rotational joint 10.6. Each pitch joint as a whole consists of ear module 4.
It consists of two halves, 4 and case module 46, connected by bearings and drive means. The ear module 44 and the case module 46 rotate relative to each other around the central axis 4o. Drive means for the pitch joint are housed within the pitch joint. This drive means comprises ears 48.50 of ear module 44.
The motor cover 52 and drive cover 54 extend in the vertical direction and are sealed by a motor cover 52 and a drive cover 54.
第6図は、第5図の構造体の側面図であり、ピッチジヨ
イント8の中心軸40が、回転ジヨイントの中心軸50
.52からずれている状態をより明確に示す。FIG. 6 is a side view of the structure shown in FIG.
.. The state of deviation from 52 is more clearly shown.
次に、第7図を参照すると、第5図の線7−7に関する
構造体の部分断面図が示しである。ピッチジヨイント8
が、その中心軸40と共に線図的に示しである。回転ジ
ヨイント10は、駆動内側ハウジング組立体64および
外板66という2つの基本的部分で構成されている。駆
動内側ハウジング組立体64は、クランプリング36に
よって、ピッチジヨイント8のケースモジュール46に
剛性に固着されている。外板66は、軸受68,70上
にて駆動内側ハウジング組立体64に取付けである。こ
のハウジング組立体64のモータ72に通電すると、外
板66はハウジング組立体64およびケースモジュール
46に対して回転する。Referring now to FIG. 7, a partial cross-sectional view of the structure taken along line 7--7 of FIG. 5 is shown. pitch joint 8
is shown diagrammatically with its central axis 40. Rotating joint 10 is comprised of two basic parts: a drive inner housing assembly 64 and a skin 66. Drive inner housing assembly 64 is rigidly secured to case module 46 of pitch joint 8 by clamp ring 36 . The skin 66 is attached to the drive inner housing assembly 64 on bearings 68,70. When motor 72 of housing assembly 64 is energized, skin 66 rotates relative to housing assembly 64 and case module 46 .
駆動内側ハウジング組立体64を参照すると、駆動内側
ハウジング65が設けてあり、全体として7゜で示した
外側軸受がこのハウジング65の外側軸受面上に取付け
られている。また、ハウジング65と外板66間には、
環状シール71が設けられ、配線を通す為の通路73も
設けられている。軸受70の内軌道は、内側軸受クラン
プ74によって、駆動内側ハウジング65に締付けであ
る。内側軸受クランプ74は、1連のボルト、その他適
当な締結手段により駆動内側ハウジング65に脱着可能
に締結されている。内側軸受クランプ74は、ピッチジ
ヨイント8のケースモジュール46に形成した環状溝に
きちっと嵌入し得るようにした環状スカート部78を備
えている。内側軸受クランプは、その外周縁に傾斜張出
部80を備えている。同様に、ケースモジュール46は
、ケースモジュール46と内側軸受クランプ74間の当
接面に隣接するその外周縁に傾斜張出部82を備えてい
る。これら傾斜張出部80.82は、クランプリング3
6を受入れ得るようにしである。クランプリングを当て
がい、締付けると、内側軸受クランプ74および駆動内
側ハウジング65は、ケースモジュール46に剛性に固
定される。Referring to the drive inner housing assembly 64, a drive inner housing 65 is provided with an outer bearing generally indicated at 7 degrees mounted on the outer bearing surface of the housing 65. Moreover, between the housing 65 and the outer plate 66,
An annular seal 71 is provided, and a passage 73 for passing wiring is also provided. The inner raceway of the bearing 70 is clamped to the drive inner housing 65 by an inner bearing clamp 74 . Inner bearing clamp 74 is removably fastened to drive inner housing 65 by a series of bolts or other suitable fastening means. The inner bearing clamp 74 has an annular skirt portion 78 adapted to fit snugly into an annular groove formed in the case module 46 of the pitch joint 8. The inner bearing clamp has an inclined bulge 80 on its outer periphery. Similarly, case module 46 includes an angled bulge 82 at its outer periphery adjacent the abutment surface between case module 46 and inner bearing clamp 74 . These inclined protrusions 80, 82 are connected to the clamp ring 3.
6 can be accepted. When the clamp ring is applied and tightened, the inner bearing clamp 74 and drive inner housing 65 are rigidly secured to the case module 46.
内側ハウジング65の末梢端方向に向けて、その内側に
は、2つの段付き環状面84.86が設けられ剛性スプ
ライン88およびモータ取付は板90を受入れる。これ
ら剛性スプライン88およびモータ取付は板90は、1
連のボルト92によって、駆動内側ハウジング65に剛
性に固定されている。モータ取付は板90は、モータ駆
動軸94を受入れるのに適した中央孔を備えている。モ
ータ取付は板90には、また、モータ72のカラーを受
入れ得るようにした段付き溝76が設けられている。モ
ータ取付は板90は、さらに、孔を備え、この孔に、適
当な締結具を挿入し、モータ72をモータ取付は板9o
に剛性に取付けることができる。モータ軸94の端部に
は、ハーモニック駆動組立体の一体部品である波形発生
器100が取付けである。この波形発生器100および
ハーモニック駆動組立体については、以下、より詳細に
説明する。Towards the distal end of the inner housing 65, on the inside thereof there are two stepped annular surfaces 84, 86 for receiving a rigid spline 88 and a motor mounting plate 90. These rigid splines 88 and motor mounting plate 90 are
It is rigidly fixed to the drive inner housing 65 by a series of bolts 92 . Motor mounting plate 90 includes a central hole suitable for receiving a motor drive shaft 94. The motor mounting plate 90 is also provided with a stepped groove 76 adapted to receive the collar of the motor 72. The motor mounting plate 90 is further provided with a hole, into which a suitable fastener is inserted, and the motor 72 is attached to the motor mounting plate 9o.
It can be rigidly mounted on. Attached to the end of the motor shaft 94 is a waveform generator 100 that is an integral part of the harmonic drive assembly. The waveform generator 100 and harmonic drive assembly will be described in more detail below.
駆動内側ハウジング65の末梢端付近には、その内表面
に環状内側シール102が設けである。同様に、外表面
には、環状軸受シート104がある。内側シール102
は、ハーモニック駆動体内部の潤滑を行なう。末梢端の
外側軸受68は、間隔を維持し、ハウジング65とクラ
ッチリング110の相対回転を許容する。Near the distal end of the drive inner housing 65 is an annular inner seal 102 on its inner surface. Similarly, on the outer surface is an annular bearing seat 104. Inner seal 102
lubricates the inside of the harmonic drive body. An outer bearing 68 at the distal end maintains spacing and allows relative rotation of the housing 65 and clutch ring 110.
駆動内側ハウジングの末梢端付近内部には、ハーモニッ
ク駆動組立体がある。このハーモニック駆動組立体は、
従来の市販品である。ハーモニック駆動組立体は、外歯
車が剛性スプライン88の歯と軸方向に整合するように
位置決めした撓みスプライン112を備えている。撓み
スプライン112の閉成端は、ボルト114を介して、
ハーモニック駆動カラー108に剛性に取付けられてい
る。このハーモニック駆動カラー108には、中心合せ
短軸116゜118が設けられている。中心合せ短軸1
16は、撓みスプライン112を整合させ、撓みスプラ
イン112がボルト114によって、ハーモニック駆動
カラー108に固着できるようにする。中心合せ短軸1
18は、ハーモニック駆動カラー108の末梢端にて、
同様の機能を発揮する。ハーモニック駆動カラー108
の中心合せ短軸118の周囲には、ボルト114によっ
てハーモニック駆動カラー108に剛性保持したクラッ
チ板120が取付けられる。ハーモニック駆動カラー1
08は、また、密封プラグを受入れるねじ付き中央孔1
22を備え、潤滑油を保持し、波形発生器100を調節
するためのアクセス手段とする。Inside the drive inner housing near the distal end is a harmonic drive assembly. This harmonic drive assembly is
This is a conventional commercially available product. The harmonic drive assembly includes a flexible spline 112 positioned such that the external gear is axially aligned with the teeth of rigid spline 88 . The closed end of the flexible spline 112 is connected via a bolt 114 to
It is rigidly attached to harmonic drive collar 108. The harmonic drive collar 108 is provided with a short centering axis 116°118. Centering short axis 1
16 aligns the flexure spline 112 so that the flexure spline 112 can be secured to the harmonic drive collar 108 by the bolt 114. Centering short axis 1
18 at the distal end of the harmonic drive collar 108;
Performs similar functions. Harmonic drive color 108
A clutch plate 120 is rigidly attached to the harmonic drive collar 108 by bolts 114 around the centering short axis 118 of the clutch plate 120 . harmonic drive color 1
08 also has a threaded central hole 1 which receives a sealing plug.
22 for holding lubricating oil and providing access for adjusting the waveform generator 100.
クラッチ板120が、末梢方向に伸長し、半径外方に広
がり、環状傾斜張出部124および半径方向当接面12
6を提供する。クラッチリング110は、また、対応す
る環状傾斜張出部150および協働する半径方向当接面
を有する末梢領域を提供する。クラッチ板120および
クラッチリング110の当接面126.127が当接し
、リングクランプ128をクラッチ板120およびクラ
ッチリング110に取付け、環状傾斜張出部124,1
30を係合させると、この組立体は、モータ72および
ハーモニック駆動組立体の回動運動を外側スカート66
に伝達するクラッチを提供する。これについては、以下
、より詳細に説明する。A clutch plate 120 extends distally and flares radially outwardly and includes an annular ramp 124 and a radial abutment surface 12.
Provide 6. Clutch ring 110 also provides a distal region with a corresponding annular ramp ridge 150 and cooperating radial abutment surfaces. The contact surfaces 126 and 127 of the clutch plate 120 and the clutch ring 110 abut, attaching the ring clamp 128 to the clutch plate 120 and the clutch ring 110, and attaching the ring clamp 128 to the clutch plate 120 and the clutch ring 110.
30, this assembly directs the rotational movement of the motor 72 and harmonic drive assembly to the outer skirt 66.
Provides a clutch that transmits power to the vehicle. This will be explained in more detail below.
クラッチリング110は、表面129に、アーム動作の
フィードバック制御を行なう幾つかの歪みゲージが取付
けである。Clutch ring 110 has several strain gauges mounted on surface 129 to provide feedback control of arm motion.
クラッチリング110は、その基端部方向に向けて、末
梢外軸受68の外軌道に対する環状軸受シートを提供す
る。この外軌道は、環状軸受クランプ132および複数
のボルト134、またはその他適当な締結具によって、
クラッチリング110の軸受シート上に保持されている
。クラッチリング110は、円弧孔(2つのみ図示13
6)を備えている。これら円弧孔は、内部配線がジヨイ
ントからジヨイントまで通るためのスペースを提供する
。クラッチリング110の外周は、環状ボルト縁辺13
8を備えている。このボルト縁辺138は、1連のボル
ト140を挿入するのに適した多数の孔を備えている。Towards its proximal end, the clutch ring 110 provides an annular bearing seat for the outer raceway of the distal outer bearing 68. This outer raceway is secured by an annular bearing clamp 132 and a plurality of bolts 134 or other suitable fasteners.
It is held on the bearing seat of clutch ring 110. The clutch ring 110 has circular arc holes (only two are shown 13
6). These arcuate holes provide space for internal wiring to pass from joint to joint. The outer periphery of the clutch ring 110 is the annular bolt edge 13
It has 8. This bolt edge 138 includes a number of holes suitable for inserting a series of bolts 140.
ボルト140は、クラッチリング110を通り外板66
の末梢端の内側環状リップ片142と螺合し、末梢の外
板69の基端部のフランジ67と係合する。The bolt 140 passes through the clutch ring 110 and the outer plate 66
and engages with the flange 67 at the proximal end of the distal outer plate 69.
回転ジヨイントの外殻は、単一の外板66で構成するか
、または、末梢の外板69を備えることができる。好適
実施態様において、外板66および末梢外板69の横断
面は、回転ジヨイント6の基端部の方向に向けて大きく
しである。内径の基端部には、軸受シート144が設け
られている。軸受70の外軌道は、1連のボルト148
によって外板66に剛性に取付けた環状の外軸受クラン
プ歯車146により軸受シート144上に保持されてい
る。このクランプ歯車146には内歯車150が形成し
である。この内歯車150は、内軸受クランプ74およ
び駆動ハウジング65の円弧孔(図示せず)を通って伸
長するバックラッシ防止歯車152と証合し得るように
しである。The outer shell of the rotation joint may consist of a single outer skin 66 or may be provided with a distal outer skin 69. In a preferred embodiment, the cross-sections of the skin 66 and the distal skin 69 increase in the direction of the proximal end of the rotation joint 6. A bearing seat 144 is provided at the proximal end of the inner diameter. The outer raceway of the bearing 70 is connected to a series of bolts 148.
It is held on the bearing seat 144 by an annular outer bearing clamp gear 146 which is rigidly attached to the outer plate 66. An internal gear 150 is formed on this clamp gear 146 . The internal gear 150 is adapted to mate with an anti-backlash gear 152 extending through the internal bearing clamp 74 and an arcuate hole (not shown) in the drive housing 65.
付加的作用として、外軸受クランプ歯車146は、管シ
ール154に対する磨耗面を提供する。管シール154
は、内軸受クランプ74の末梢面に形成した溝によって
適宜位置に保持されている。As an additional function, outer bearing clamp gear 146 provides a wear surface for tube seal 154. Pipe seal 154
are held in place by grooves formed in the distal surface of the inner bearing clamp 74.
内軸受クランプ74には、上述の特徴に加えて、レゾル
バ取付は面156が形成されている。このレゾルバ取付
は面156は、標準的な市販のレゾルバ160の取付は
フランジおよびパイロット158を受入れ得るようにし
た孔を備えている。レゾルバ160は、クランプ162
によって、取付孔内に保持されている。バックラッシ防
止歯車152がクランプ164によって、レゾルバ軸に
取付けられている。この取付けにより、レゾルバは、駆
動ハウジング65と外板66.69の相対回転位置を測
定することができる。In addition to the features described above, the inner bearing clamp 74 is formed with a resolver mounting surface 156. The resolver mounting surface 156 is provided with a hole adapted to receive a standard commercially available resolver 160 mounting flange and pilot 158. The resolver 160 has a clamp 162
is held in the mounting hole by the An anti-backlash gear 152 is attached to the resolver shaft by a clamp 164. This attachment allows the resolver to measure the relative rotational position of the drive housing 65 and the skin 66, 69.
好適実施態様において、モータ72は、ブレーキと、お
よび選択随意の速度計とを備えている。作用について説
明すると、モータ72に通電すると、ハーモニック駆動
組立体の波形発生器100が撓みスプライン112内で
回転する。この動作により撓みスプライン112内では
逆回転動作が生じ、この回転力は、剛性に取付けたハー
モニック駆動カラー108に伝達される。回転動作は、
カラー108を介して、クラッチ板120に伝達される
。クラッチ組立体は、ハーモニック駆動組立体の過負荷
を防止する。回転ジヨイントに作用するトルク荷重がハ
ーモニック駆動組立体のトルク能力を上廻ったときに、
クラッチ板120とクラッチリング110間に滑りが生
しるようにリングクランプ128の締付は力が設定され
ている。トルク荷重がこの限界値以下の場合、クラッチ
組立体は、ハーモニック駆動組立体の回転動作をクラッ
チリング110に伝達し、最終的に外板66に伝える。In a preferred embodiment, motor 72 includes a brake and an optional speedometer. In operation, energizing motor 72 causes waveform generator 100 of the harmonic drive assembly to rotate within flexible spline 112 . This movement creates a counter-rotational movement within the flexible spline 112, and this rotational force is transmitted to the rigidly mounted harmonic drive collar 108. The rotational movement is
It is transmitted to the clutch plate 120 via the collar 108. The clutch assembly prevents overloading the harmonic drive assembly. When the torque load acting on the rotating joint exceeds the torque capacity of the harmonic drive assembly,
The tightening force of the ring clamp 128 is set so that slippage occurs between the clutch plate 120 and the clutch ring 110. When the torque load is below this limit, the clutch assembly transfers the rotational motion of the harmonic drive assembly to the clutch ring 110 and ultimately to the skin 66.
上述したように、駆動内側ハウジング組立体64と外板
66組立体間のこの相対回転は、外軸受70および外末
稍軸受68により支承される。外板66が駆動内側ハウ
ジング組立体64に対して回転すると、外軸受歯車クラ
ンプ146は、レゾルバ160の位置に対して回転する
。外軸受歯車クランプ146とバックラッシ防止歯車1
52間の歯車側合いによりレゾルバ軸166が回転する
。As mentioned above, this relative rotation between the drive inner housing assembly 64 and the outer skin 66 assembly is supported by the outer bearing 70 and the outer diameter bearing 68. As the outer plate 66 rotates relative to the drive inner housing assembly 64, the outer bearing gear clamp 146 rotates relative to the position of the resolver 160. Outer bearing gear clamp 146 and backlash prevention gear 1
The resolver shaft 166 rotates due to the side alignment of the gears 52.
このようにして、レゾルバ160を使用して、回転ジヨ
イント10の回転および駆動内側ハウジング65に対す
る外板66の相対回転位置を測定することができる。In this manner, the resolver 160 can be used to measure the rotation of the rotation joint 10 and the relative rotational position of the skin 66 with respect to the drive inner housing 65.
末梢外板69の末梢端には、環状当接面167、傾斜張
出部168、および内側環状リップ片172がある。At the distal end of the distal skin 69 is an annular abutment surface 167, an angled bulge 168, and an inner annular lip piece 172.
第5図に示すように、ピッチジヨイント12の耳モジュ
ール170は、同一の環状当接面169および対向する
傾斜張出部171を備えている。耳モジュール170の
内径は、リップ片172に密接嵌合し得るようにしであ
る。耳モジュール170および外板66が係合し、末梢
リングクランプ174を当てかうと、耳モジュール17
0、リングクランプ174、および末梢外板69は、剛
性に接続される。As shown in FIG. 5, the ear modules 170 of the pitch joint 12 include identical annular abutment surfaces 169 and opposing slanted lobes 171. The inner diameter of the ear module 170 is such that it can fit closely into the lip piece 172. When ear module 170 and skin 66 are engaged and distal ring clamp 174 is applied, ear module 17
0, ring clamp 174, and distal skin 69 are rigidly connected.
次に、第8図を参照すると、ピッチジヨイント8の部分
断面図が示しである。回転ジヨイント10と同様、ピッ
チジョイン1−8は、相互に回転する2つの主要構造部
品を備えている。これら相対回転する部品は、第4図に
も示した耳モジュール44およびケースモジュール46
である。第3図、第5図および第6図に示すように、各
ピッチジヨイントの耳モジュール44は、マニプレータ
アームの基端部に最寄りのマニプレータアーム組立体内
に配設されている一方、ケースモジュール46は、マニ
プレータアームの末梢端の最寄りに配設されている。こ
のように、簡単にするためピッチジヨイントは、固定の
耳モジュール44および回転するケースモジュール46
と共に作動しているようにみえる。Referring now to FIG. 8, a partial cross-sectional view of pitch joint 8 is shown. Similar to rotation joint 10, pitch joints 1-8 include two main structural parts that rotate relative to each other. These relatively rotating parts are the ear module 44 and case module 46 also shown in FIG.
It is. As shown in FIGS. 3, 5, and 6, the ear module 44 of each pitch joint is disposed within the manipulator arm assembly closest to the proximal end of the manipulator arm, while the case module 46 is located closest to the distal end of the manipulator arm. Thus, for simplicity, the pitch joint is comprised of a fixed ear module 44 and a rotating case module 46.
It appears to be working together.
名称が示唆するように、耳モジュール44は、ピッチジ
ヨイントの末梢側に向けて外方に伸長するモータ耳17
6および駆動具178という、2つの平行な耳を備えて
いる。両耳176.178は、接続する回転ジヨイント
6.10の回転軸に対して平行な平行面に配設されてい
る(第5図および第6図も参照)。As the name suggests, the ear module 44 includes motor ears 17 that extend outwardly toward the distal side of the pitch joint.
6 and drive tool 178. Both ears 176, 178 are arranged in parallel planes parallel to the rotation axis of the connecting rotation joint 6.10 (see also FIGS. 5 and 6).
各耳176.178は、軸受の内軌道支持組立体を受入
れるのに適した孔を備えている。Each ear 176,178 includes a hole suitable for receiving an inner raceway support assembly of the bearing.
先ず、ピッチジヨイントのモータ側(第8図の下部〉を
参照すると、モータ耳176の軸受支持組立体の詳細が
示しである。モータ耳176には、きちっと嵌合する内
軸受クランプ180を受入れ得るようにした孔が形成し
である。このモータ側の内軸受クランプ180は、モー
タ耳176の外表面と当接する半径方向伸長フランジ1
82を備えている。間隔を離した孔がフランジ182に
形成され、ボルト184を挿入し、モータ耳176の孔
の周縁に沿ったねし孔にねじ込む。モータ側の内軸受ク
ランプ180は、また、軸受ボルト186を受入れる環
状孔を備えている。これらボルトは、モータ側の内軸受
クランプ180とモータ側の外軸受カラー188を引寄
せる。Referring first to the motor side of the pitch joint (bottom of FIG. 8), details of the bearing support assembly of the motor ear 176 are shown. The motor ear 176 receives a tight-fitting inner bearing clamp 180. The motor-side inner bearing clamp 180 has a radially extending flange 1 that abuts the outer surface of the motor ear 176.
It is equipped with 82. Spaced holes are formed in the flange 182 and bolts 184 are inserted and screwed into tapped holes along the circumference of the holes in the motor ears 176. The motor-side inner bearing clamp 180 also includes an annular hole for receiving a bearing bolt 186. These bolts pull together an inner bearing clamp 180 on the motor side and an outer bearing collar 188 on the motor side.
内軸受カラー188には、環状軸受シート190が設け
である。モータ側の内軌道は、軸受シート190上に着
座し、ボルト力によって適宜位置に締付けられ、モータ
側の内軸受カラー188とモータ側の内軸受クランプ1
80同志を保持する。モータ側の内軸受カラー188の
内面は、外歯車194を受入れるのに適した段付き表面
を備えている。この外歯車194は、ボルト、その他適
当な手段(図示せず)によってモータ側の内軸受カラー
188上に保持されている。The inner bearing collar 188 is provided with an annular bearing seat 190 . The inner raceway on the motor side is seated on the bearing seat 190 and is tightened into position by bolt force, and is connected to the inner raceway on the motor side and the inner bearing clamp 1 on the motor side.
Holds 80 comrades. The inner surface of the motor-side inner bearing collar 188 has a stepped surface suitable for receiving an external gear 194. This external gear 194 is held on the motor side inner bearing collar 188 by bolts or other suitable means (not shown).
次に、駆動側を参照すると、同様の軸受取付は構造が示
しである。駆動側の耳178は、内軸受クランプ/クラ
ッチ196の中間表面を受入れるのに適した孔を備えて
いる。内軸受クランプ/クラッチ196は、駆動耳17
8の中心孔の周縁に沿ったねじ穴に嵌合する多数のボル
トを受入れるのに適する間隔を離した孔を有するフラン
ジ198を備えている。内軸受クランプ/クラッチ19
6には、また、係合する駆動側の内軸受カラー204の
ねし穴に嵌入するボルト202を受入れるのに適した内
列状の孔が形成しである。駆動側の内軸受カラー204
は、その外表面に軸受シート205を備えている。軸受
206の内軌道は、軸受シート205上に取付けられ、
駆動側の内軸受カラー204と内軸受クランプ/クラッ
チ196間にボルト202の締付は力によって保持され
ている。さらに、駆動側の内軸受カラー204は、カラ
ーの内端付近にて、外径上に係合面207を備えている
。この係合面207は、環状シール208を受入れるの
に適している。内軸受クランプ/クラッチ196の端部
は、平坦な当接面197および傾斜張出部210を備え
ている。平坦な環状当接面197は、ハーモニック駆動
クラッチ板214の同一の当接面215および傾斜張出
部212と係合し得るようにしである。リングクランプ
216は、傾斜張出部210,212上に固着され、第
7図の回転ジヨイントにおけると同様のクラッチ機構を
提供する。内軸受クランプ/クラッチ196の表面21
1は、アーム動作のフィードバック制御用の幾つかの歪
みゲージを備えている。Next, referring to the drive side, a similar bearing mounting structure is shown. The drive side ear 178 includes a hole suitable for receiving the intermediate surface of the inner bearing clamp/clutch 196. The inner bearing clamp/clutch 196 is connected to the drive ear 17
The flange 198 has spaced holes suitable for receiving a number of bolts that fit into threaded holes along the periphery of the 8 center hole. Inner bearing clamp/clutch 19
6 is also formed with an internal row of holes suitable for receiving bolts 202 that fit into tapped holes in the mating inner bearing collar 204 on the drive side. Drive side inner bearing collar 204
is equipped with a bearing seat 205 on its outer surface. The inner raceway of the bearing 206 is mounted on the bearing seat 205,
The bolt 202 is held tight between the drive-side inner bearing collar 204 and the inner bearing clamp/clutch 196 by force. Furthermore, the inner bearing collar 204 on the drive side is provided with an engagement surface 207 on the outer diameter near the inner end of the collar. This engagement surface 207 is suitable for receiving an annular seal 208. The end of the inner bearing clamp/clutch 196 includes a flat abutment surface 197 and an angled ledge 210. The flat annular abutment surface 197 is adapted to engage the same abutment surface 215 of the harmonic drive clutch plate 214 and the sloping ridge 212 . A ring clamp 216 is secured on the ramps 210, 212 and provides a clutch mechanism similar to that in the rotation joint of FIG. Surface 21 of inner bearing clamp/clutch 196
1 is equipped with several strain gauges for feedback control of arm motion.
傾斜張出部212に加えて、ハーモニック駆動クラッチ
板214は、内軸受クランプ/クラッチ196の隣接す
る内径と略係合する外径の中心合せ短軸218を備えて
いる。ハーモニック駆動クラッチ板214は、ボルト2
20を受入れる円弧列状の孔を有している。クラッチ板
214は、さらに、潤滑油を保持し、調節のため、波形
発生器280にアクセスするプラグに適した中心孔22
2を有している。ボルト220は、クラッチ板214を
通って伸長し、ハーモニック駆動カラー224のねし穴
に嵌合する。ハーモニック駆動カラー224は、ハーモ
ニック駆動クラッチ板214の中央溝217と係合する
中央短軸を有している。これら制御面により、各種部品
の中心合せは確実となる。ハーモニック駆動クラッチ板
214およびハーモニック駆動カラー224は係合し、
両表面の間にハーモニック駆動組立体の撓みスプライン
226を保持する。In addition to the angled ledge 212 , the harmonic drive clutch plate 214 includes a centered short shaft 218 of an outer diameter that substantially engages the adjacent inner diameter of the inner bearing clamp/clutch 196 . The harmonic drive clutch plate 214 has bolts 2
It has an arcuate row of holes for receiving 20 holes. Clutch plate 214 further includes a central hole 22 suitable for a plug to hold lubricant and access waveform generator 280 for adjustment.
It has 2. Bolts 220 extend through clutch plate 214 and fit into tapped holes in harmonic drive collar 224 . Harmonic drive collar 224 has a central minor axis that engages central groove 217 of harmonic drive clutch plate 214 . These control surfaces ensure that the various components are centered. harmonic drive clutch plate 214 and harmonic drive collar 224 are engaged;
The flexural splines 226 of the harmonic drive assembly are held between the surfaces.
次に、ケースモジュール46を参照すると、耳モジュー
ル44の耳176.178間の距離より若干短かい略円
筒状の管状体が設けである。筒状のケースモジュール4
6の各端部の内径上には、それぞれ軸受192.206
の外軌道用の環状軸受シート47.51が設けである。Referring now to the case module 46, there is provided a generally cylindrical tubular body that is slightly shorter than the distance between the ears 176, 178 of the ear module 44. Cylindrical case module 4
On the inner diameter of each end of 6 are bearings 192 and 206, respectively.
An annular bearing seat 47.51 for the outer raceway is provided.
ケースモジュール46内径の駆動側には、さらに、シー
ト208用の環状シール接触面49が設けである。モー
タ側軸受192および駆動側軸受206の外軌道は、そ
れぞれ、モータ例外軸受クランプ228と駆動例外軸受
クランプ230によって、それぞれの軸受シート上に保
持されている。これらケースモジュールは、また、電線
を通すための、耳モジュール44と反対側の溝付き領域
232を備えている。The drive side of the inner diameter of the case module 46 is further provided with an annular seal contact surface 49 for the seat 208 . The outer raceways of motor side bearing 192 and drive side bearing 206 are held on their respective bearing seats by motor exception bearing clamp 228 and drive exception bearing clamp 230, respectively. The case modules also include a grooved area 232 opposite the ear module 44 for passing electrical wires.
ケースモジュール46は、中力に伸長して、取付は面を
提供する一体形の心向きフランジ234を備えている。The case module 46 includes an integral centering flange 234 that is neutrally elongated and provides a mounting surface.
この心向きフランジ234の中心には、ピッチジヨイン
ト8の回転軸と同心状の孔が形成されている。この同心
状の孔は、モータ取付は板238を受入れ得るようにし
である。取付は板238は、ケースモジュールの内側フ
ランジ234のねし穴に嵌合するボルト240を受入れ
るのに適した環状列状の孔を備えている。ケースモジュ
ールの内側フランジ234はまた、その駆動側に表面2
42を提供する。ハーモニック駆動組立体の剛性スプラ
イン244は、歯車を通って伸長し、ケースモジュール
の内側フランジ234のねし穴に係合するボルト246
によって、表面242に剛性に取付けられている。A hole concentric with the rotation axis of the pitch joint 8 is formed in the center of the centering flange 234 . This concentric hole allows the motor mounting plate 238 to be received. Attachment plate 238 includes an annular array of holes suitable for receiving bolts 240 that fit into tapped holes in inner flange 234 of the case module. The inner flange 234 of the case module also has a surface 2 on its drive side.
42. Rigid splines 244 of the harmonic drive assembly extend through the gears and bolts 246 engage tapped holes in the inner flange 234 of the case module.
is rigidly attached to surface 242 by.
モータの取付は板238は、モータ駆動軸248および
適当なシール250を通すのに適した中央孔を備えてい
る。モータ取付は板238は、そのモータ側に、モータ
256の中心合せカラー254を受入れるための円形溝
252を備えている。モータ取付は板238は、また、
適当なねじまたはボルト258を通し、駆動モータ25
6をモータ取付は板238に剛性に取付けるための溝付
き孔を提供する。モータ軸248には、ハーモニック駆
動組立体の一部である、波形発生器260が取付けられ
ている。Motor mounting plate 238 includes a central hole suitable for passing a motor drive shaft 248 and a suitable seal 250. Motor mounting plate 238 includes a circular groove 252 on its motor side for receiving a centering collar 254 of motor 256. The motor mounting plate 238 is also
Drive motor 25 by threading a suitable screw or bolt 258.
Motor mounting 6 provides a slotted hole for rigid attachment to plate 238. Attached to motor shaft 248 is a waveform generator 260 that is part of a harmonic drive assembly.
作用について説明すると、モータ256に通電し、ハー
モニック駆動組立体のモータ駆動軸248および波形発
生器260を回転させる。これによって、ハーモニック
駆動装置の剛性スプライン244と撓みスプライン22
6が相対動作する。耳モジュール44を固定したものと
考えると、剛性スプライン244は撓みスプライン22
6を中心として回転し、ケースモジュール46も耳モジ
ュール44に対して回転する。軸受192,206は、
耳モジュール44とケースモジュール46間に介在して
あり、回転を許容する。In operation, motor 256 is energized to rotate motor drive shaft 248 and waveform generator 260 of the harmonic drive assembly. This allows the rigid spline 244 and the flexible spline 22 of the harmonic drive to
6 operates relative. Considering the ear module 44 as fixed, the rigid spline 244 is similar to the flexible spline 22.
6 and the case module 46 also rotates relative to the ear module 44. The bearings 192, 206 are
It is interposed between the ear module 44 and the case module 46 to allow rotation.
ピッチジヨイント組立体に作用するトルク負荷がクラッ
チ組立体による摩擦抵抗を士別ると、ケースモジュール
46および耳モジュール44は、その相対位置に固定さ
れたままであり、ハーモニック駆動クラッチ板214は
、内軸受クランプ/クラッチ196に対して回転する。When the torque load acting on the pitch joint assembly overcomes the frictional resistance by the clutch assembly, the case module 46 and the ear module 44 remain fixed in their relative positions, and the harmonic drive clutch plate 214 is moved toward the inner bearing. Rotates relative to clamp/clutch 196.
このように、クラッチを適正に設定すると、ハーモニッ
ク駆動組立体の損傷を防止することができる。Properly setting the clutch in this way can prevent damage to the harmonic drive assembly.
耳モジュール44とケースモジュール46が相回転する
と、レゾルバ259の軸が回転する。これは、レゾルバ
259をケースモジュール46に取付け、レゾルバ軸(
図示せず)に取付けたバックラッシ防止歯車の歯が耳モ
ジュール44に剛性に取付けた外事歯車194に係合す
るためである。この構成は、ケースモジュール46と耳
モジュール44の相対回転およびその相対回転位置を検
出する手段を提供する。When the ear module 44 and the case module 46 rotate in phase, the shaft of the resolver 259 rotates. This is done by attaching the resolver 259 to the case module 46 and resolving the resolver shaft (
This is because the teeth of the anti-backlash gear mounted on the ear module 44 (not shown) engage the external gear 194 rigidly mounted on the ear module 44. This configuration provides a means for detecting the relative rotation of case module 46 and ear module 44 and their relative rotational positions.
前述のように、回転ジヨイントおよびピッチジヨイント
は、交互の順序に接続し、任意の数のアームジヨイント
を備えたマニプレータを構成することができる。当業者
は、本発明について様々なアーム形態が可能であること
を認識し得るであろう。As previously mentioned, the rotation and pitch joints can be connected in an alternating sequence to form a manipulator with any number of arm joints. Those skilled in the art will recognize that various arm configurations are possible for the present invention.
例えば、ピッチジヨイントと回転ジヨイントを相互に接
続する従来の形態に加えて、本発明のピッチジヨイント
および回転ジヨイントを使用し、隣接する複数のジヨイ
ントを同一型式、即ち、ピッチまたは回転型とすること
によりマニプレータを構成することもできる。また、2
つのピッチまたは回転ジヨイント間には、簡単なヨージ
ヨイントを設け、垂直軸を中心とする動作が得られるよ
うにしてもよい。また、当業者には、アームには任意の
形状の「不動」の静止ジヨイントを使用してもよいこと
が了知できよう。同様に、好適実施態様において提供し
た回転ジヨイントとピッチジヨイントの回転軸間の垂直
な関係を変えることもできる。アーム部片の外骨格の設
計および各アームジヨイントを独立的に作動させる構成
にてこの様々な形態は簡単に実現することができる。For example, in addition to the conventional configuration of interconnecting pitch joints and rotation joints, the pitch joint and rotation joint of the present invention may be used, and adjacent joints may be of the same type, i.e., pitch or rotation type. A manipulator can also be constructed by this. Also, 2
A simple yaw joint may be provided between the two pitch or rotation joints to provide motion about a vertical axis. Those skilled in the art will also recognize that any shape of "stationary" stationary joint may be used in the arm. Similarly, the perpendicular relationship between the axes of rotation of the rotation and pitch joints provided in the preferred embodiment may be varied. These various configurations can be easily realized by designing the exoskeleton of the arm parts and configuring each arm joint to operate independently.
当業者は、アームジヨイントをユニット化したことによ
り作動上有利であると共に問題もある冗長マニプレータ
を容易に構成することができることを了知されよう。冗
長性は全体として、マユプレータの操作性を向上させる
。しかし、有用であるためには、マニプレータの動作は
正確に制御しなければならないが、ユニット化した設計
では、かかる制御はかなり困難である。本発明のサーボ
コントロールは、上述したように、ユニット化したアー
ムジヨイントにて構成したマニプレータに対し、最適な
動的性能および安定性を提供し得るように独創的に構成
し、デジタルロボットコントローラによって発生された
デジタル位置信号をアナログ信号に変換し、迅速な順序
にて駆動される。Those skilled in the art will appreciate that the unitization of arm joints facilitates the construction of redundant manipulators, which have both operational advantages and disadvantages. Overall, the redundancy improves the operability of the cocoon plater. However, to be useful, the operation of the manipulator must be accurately controlled, and such control is quite difficult in a unitized design. As mentioned above, the servo control of the present invention is creatively configured to provide optimal dynamic performance and stability to the manipulator configured with unitized arm joints, and is controlled by a digital robot controller. The generated digital position signals are converted into analog signals and driven in rapid sequence.
こうした例は、米国特許第3,909,600号、第3
.920,972号、第4,011.437号、第4,
403,281号、および第4,453,221号に記
載してありその一部は、ここに引用しである。Examples of such are U.S. Pat. No. 3,909,600;
.. No. 920,972, No. 4,011.437, No. 4,
No. 403,281 and No. 4,453,221, portions of which are incorporated herein by reference.
第1図は、産業用ロボットの代表的な制御システム3の
ブロック図である。制御システム3は、かかる装置の一
体部品である。制御システム3がなければ、マニプレー
タアームはほとんど実用価値がない。FIG. 1 is a block diagram of a typical control system 3 for an industrial robot. The control system 3 is an integral part of such a device. Without the control system 3, the manipulator arm has little practical value.
第1図に示すように、代表的な制御システム3は、説明
上、幾つかの分離した構成要素を備えると考えることが
できる。代表的制御システム3は、入力/出力コンソー
ル5を備え、オペレータと通信するか、または、各種プ
ロセスまたは機械の入力に順応し得るようにしである。As shown in FIG. 1, a typical control system 3 can be thought of as comprising several separate components for illustrative purposes. A typical control system 3 includes an input/output console 5 to communicate with an operator or to accommodate various process or machine inputs.
さらに、プログラムメモリ7に収容した制御プログラム
に従って、データメモリ9に収容したユーザプログラム
を処理するデジタルコンピュータ11を備えることもで
きる。このユーザプログラムは、マニプレータの動作を
指令する。制御システム3は、さらに、アームジヨイン
トおよびツール16との連絡を行なうアナログサーボ制
御回路13を備えることができる。Furthermore, a digital computer 11 may be provided which processes a user program stored in the data memory 9 in accordance with a control program stored in the program memory 7. This user program directs the operation of the manipulator. The control system 3 may further include an analog servo control circuit 13 for communication with the arm joint and the tool 16.
マニプレータを典型的な制御システム3に相接続する多
数の周辺機器を追加することができる。A number of peripherals can be added to interface the manipulator to a typical control system 3.
制御システム3の作動システムは、モード制御プログラ
ムを備えることができる。かかるプログラムは、制御シ
ステム3を自動モード、ティーチモード、マニュアルモ
ード等、各種のモード間で切換えることができる。典型
的な制御システムの教示モード中、オペレータは、入力
/出力コンソール5を使用し、各種アームジヨイントの
駆動モータを起動させ、ツール16を所望の経路に沿っ
て所望の位置および方向に動かすことができる。これに
より、オペレータは、マニプレータがその後、続くこと
のできる動作経路上にて、多数の「目標点」を設定する
。代表的な制御システム3には、多数の他の作動モード
が可能であるが、本発明の利用に関係する主要なモード
は、自動モードであるからこの自動モードについてのみ
説明する。自動モードの作動および本発明は、オペレー
タが既にマニプレータの制御システム3に、実行せんと
する作動を「教示しており」、制御システム3のデータ
メモリ9に適正な情報が格納されているものと仮定する
。The actuation system of the control system 3 may comprise a mode control program. Such a program can switch the control system 3 between various modes such as automatic mode, teach mode, and manual mode. During the teach mode of a typical control system, an operator uses the input/output console 5 to activate the drive motors of the various arm joints to move the tool 16 along a desired path to a desired position and direction. I can do it. This allows the operator to set a number of "target points" on the path of motion that the manipulator can then follow. Although numerous other modes of operation are possible for the exemplary control system 3, only the automatic mode will be discussed since it is the primary mode relevant to the use of the present invention. The automatic mode of operation and the invention assumes that the operator has already "taught" the control system 3 of the manipulator the action to be performed and that the data memory 9 of the control system 3 has the appropriate information stored. Assume.
典型的な制御システム3の自動モードの目的は、スペー
ス内のツール16の位置および方向を正確に制御するこ
とである。第1図を参照すると、目的は、マニプレータ
の動作を誘導し、ツール16の位置および方向を正確に
制御することである。これは、典型的な制御システムに
おいて、各々、複雑なコンピュータ系の結果であるデジ
タル位置誤差信号を迅速に連続的に提供することにより
行なう。The purpose of the automatic mode of the typical control system 3 is to accurately control the position and orientation of the tool 16 within the space. Referring to FIG. 1, the purpose is to guide the movement of the manipulator and precisely control the position and orientation of the tool 16. This is done in a typical control system by providing a rapid succession of digital position error signals, each of which is the result of a complex computer system.
これら信号は、アナログ信号に変換され、アナログサー
ボ制御回路13を介して、各アームジヨイントに伝達さ
れる。適正なフィードバックおよび補正技術を利用する
ことにより、サーボ制御回路13は、各ジヨイントモー
タに対し、最終的な逐次駆動信号を提供する。These signals are converted into analog signals and transmitted to each arm joint via the analog servo control circuit 13. By utilizing appropriate feedback and correction techniques, servo control circuit 13 provides a final sequential drive signal to each joint motor.
再び第1図を参照すると、本発明のアナログサーボ制御
回路13は、制御システムから各アームジヨイントに対
するアナログ位置誤差信号および同時速度信号を受信す
る。アナログサーボ制御回路13は、位置誤差信号を単
純化し、以下に説明する同時速度信号およびトルクフィ
ードバック信号を利用し、この信号を補正し、安定性を
確保し、各アームジヨイントのモータに対し、最終の駆
動信号を提供する。Referring again to FIG. 1, the analog servo control circuit 13 of the present invention receives analog position error signals and simultaneous velocity signals for each arm joint from the control system. The analog servo control circuit 13 simplifies the position error signal and utilizes the simultaneous speed and torque feedback signals described below to correct this signal, ensure stability, and Provides the final drive signal.
本発明のようなマニプレータのエレクトロメカニカルシ
ステムは、一般に、制御技術の分野で一般に呼称されて
いる第2順位、即ち、より高位のフィードバック制御シ
ステムである。このためエレクトロメカニカルシステム
は、システムの物理的特性およびジヨイントモータに提
供される駆動信号を適正に制御しなかったならば、作動
上の安定性を欠き易い。The electromechanical system of a manipulator such as the present invention is generally what is commonly referred to in the field of control technology as a second order, or higher order, feedback control system. Therefore, electromechanical systems are susceptible to operational instability if the physical characteristics of the system and the drive signals provided to the joint motor are not properly controlled.
本発明と同様の多くのサーボ機構において、機械的駆動
構造体は極めて剛く共振周波数も極めて高いため、作動
不安定性の問題は、重大な程度以下にまで小さくなる。In many servomechanisms similar to the present invention, the mechanical drive structure is very stiff and the resonant frequency is very high, so that the problem of operational instability is reduced to less than a significant degree.
かかるシステムの制御ループのフォワード経路は、補正
しく例えば、低周波数遅れ補正回路網によって)、シス
テムが対象とする帯域幅内の第1順位システムとして作
動するようにする。この手法はシステムの帯域幅が小さ
くなるためサーボ機構の応答が遅くなるという不利益が
ある。The forward path of the control loop of such a system is compensated (e.g., by low frequency delay correction circuitry) so that the system operates as a first order system within the bandwidth of interest. This approach has the disadvantage of reducing system bandwidth and slowing the response of the servomechanism.
かかる従来のサーボ制御技術は、上述したマニプレータ
には不適当である。本発明のマニプレータの機械的駆動
システムは、ハーモニック駆動装置の可視性により、比
較的柔軟である。従って、機械的駆動システムの共振周
波数は比較的低い。Such conventional servo control techniques are unsuitable for the manipulators described above. The mechanical drive system of the manipulator of the present invention is relatively flexible due to the visibility of the harmonic drive. Therefore, the resonant frequency of the mechanical drive system is relatively low.
さらに、ハーモニックな駆動システムによる振動および
騒音の問題は、他の出力伝達手段を使用する構造体と比
べ著るしく小さい。即ち、駆動信号周波数の典型的な励
起源およびシステム内の各種の機械的ラフに加えて、ハ
ーモニック駆動装置は、固有の伝達偏差の結果、モータ
1回転当りnサイクル(nは、波形発生器のローブの数
、100または260)の速度にて、正弦励起を行わせ
る。Additionally, vibration and noise problems with harmonic drive systems are significantly lower than structures using other power transmission means. That is, in addition to the typical excitation source of the drive signal frequency and various mechanical roughnesses within the system, harmonic drives suffer from n cycles per motor revolution (where n is the waveform generator) as a result of inherent transmission deviations. A sinusoidal excitation is performed at a speed of 100 or 260 lobes.
こうした特徴により、位置フィードバックループおよび
速度フィードバックループで構成した典型的なサーボ制
御および補正機構は、本発明の構造体に適用した場合、
効果がなく、反応は遅いであろう。従来の制御方法では
、共振を制御することができず実際上、ハーモニック駆
動の正弦励起の問題が一層顕著になるであろう。Due to these features, typical servo control and correction mechanisms consisting of position feedback loops and velocity feedback loops, when applied to the structure of the present invention,
It will be ineffective and the response will be slow. Conventional control methods cannot control resonance, and in practice the problem of sinusoidal excitation in harmonic drive will become more pronounced.
上記および関連する問題点を解決するため、本発明のサ
ーボ制御装置は、速度および位置フィードバックルーズ
に加え、さらに、電流増幅器の1部として備えた電流ル
ープに加え、トルクフィードバックループを利用する。To solve the above and related problems, the servocontrol system of the present invention utilizes a torque feedback loop in addition to velocity and position feedback loops, as well as a current loop provided as part of a current amplifier.
これら3つのフィードバックループは全て、通常の作動
時に同時に使用するが、I・ルクループは、特別の力を
目的物に作用させなければならない用途のマニプレータ
に単独にて使用することができる。さらに、本発明のト
ルクループフィードバック制御は、アクヂュ工−タ駆動
による略任意の型式の機械的装置に採用することができ
、上述した旋回式マニプレータにのみ限定されるもので
はない。トルクループを最内側のループとして使用する
ことにより、各アームジヨイントのモータおよびハーモ
ニック駆動形態は、動作発生装置としてよりも、トルク
発生装置として作用する。トルクフィードバックループ
は、ハーモニック駆動によって誘引される可能性のある
構造体の正弦励起を修正するのみが、位置および速度フ
ィードバックループが通常以上の周波数範囲内で作動す
ることを許容するため、サーボ機構の応答性が向上する
。また、トルクループを使用することで、サーボ機構の
摩擦およびコンプライアンスの作用を著るしく低下さぜ
、作動の精度および繰返し性が向上する。さらに、トル
クループフィードバックは、柔軟な基礎の上に取付けた
場合でも、マニプレータの作動特性は向上する。All three feedback loops are used simultaneously during normal operation, but the I-Luc loop can be used alone in manipulator applications where special forces must be applied to an object. Further, the torque loop feedback control of the present invention can be employed in almost any type of actuator-driven mechanical device, and is not limited to the above-described pivot manipulator. By using the torque loop as the innermost loop, the motor and harmonic drive configuration of each arm joint acts more as a torque generator than as a motion generator. The torque feedback loop only corrects the sinusoidal excitation of the structure that may be induced by harmonic drive, but the position and velocity feedback loops allow the position and velocity feedback loops to operate within a frequency range above normal, so the servomechanism is Improves responsiveness. The use of torque loops also significantly reduces the friction and compliance effects of the servomechanism, improving accuracy and repeatability of actuation. Furthermore, torque loop feedback improves the operating characteristics of the manipulator even when mounted on a flexible foundation.
第9図は、サーボ制御要素を含む、本発明のブロック図
である。このブロック図の各ブロックは、ラプラス変換
として表現される全システムの関係する機械的、電気的
またはエレクトロメカニカル要素の伝達関数を備えてい
る。作動を制御するシステム部分の物理的特性に直接対
応する記号は次の通りである。FIG. 9 is a block diagram of the invention including servo control elements. Each block of this block diagram comprises the transfer function of the relevant mechanical, electrical or electromechanical element of the overall system, expressed as a Laplace transform. The symbols that directly correspond to the physical characteristics of the parts of the system that control operation are:
La−電機子インダクタンス
Ra−電機子抵抗
KL−モータトルク定数
Jm−モータおよび波形発生器慣性
Bm−モータおよび波形発生器粘性摩擦Kv−電圧定数
N−駆動比
Kd−駆動ばね定数
−J +−ジヨイント慣性
B1−ジヨイント粘性摩擦
当業者は、図示したのとは別のブロック線図により、同
一または同等の補正システムを表現できることを認識し
得るであろう。La - armature inductance Ra - armature resistance KL - motor torque constant Jm - motor and waveform generator inertia Bm - motor and waveform generator viscous friction Kv - voltage constant N - drive ratio Kd - drive spring constant - J + - joint Inertia B1 - Joint Viscous Friction Those skilled in the art will recognize that the same or equivalent correction system may be represented by block diagrams other than those shown.
便宜上、仮想線322内に示したブロック線図の部分は
、本発明のサーボコントローラによって制御される単一
のアームジヨイントの主要な物理的システムであると考
えることができる。ブロック324.326は、それぞ
れ駆動モータの電機子インダクタンス、抵抗およびトル
ク定数を示すものである。ブロック328は、駆動モー
タおよびハーモニック波形発生器の慣性および粘性摩擦
を示す。ブロック330は、ハーモニック駆動装置の歯
車比、および速度対位置の積分時間を示す。ブロック3
32は、ハーモニック駆動装置、並びに歪みゲージを適
用する点にまで達するその他の力伝達構成要素と関係す
るばね定数を示す。For convenience, the portion of the block diagram shown within phantom line 322 can be considered to be the primary physical system of a single arm joint controlled by the servo controller of the present invention. Blocks 324 and 326 represent the armature inductance, resistance and torque constant of the drive motor, respectively. Block 328 depicts the inertial and viscous friction of the drive motor and harmonic waveform generator. Block 330 shows the harmonic drive gear ratio and velocity versus position integration time. block 3
32 indicates the spring constant associated with the harmonic drive, as well as other force transmitting components up to the point of applying strain gauges.
ブロック334,336,338および関係するフィー
ドバック線は、電流増幅器/モータの典型的組合せの動
的特性を示す。ブロック340は、歯車比を介して、モ
ータに作用する軸トルクを示す。Blocks 334, 336, 338 and associated feedback lines illustrate the dynamic characteristics of a typical current amplifier/motor combination. Block 340 shows the shaft torque acting on the motor via the gear ratio.
図面に示したように、本発明のサーボ制御は、フォワー
ド経路補正を利用する。フィードパ・ツクループ内に補
正回路網を位置決めし、同一の作用が得られるようにし
て、補正を行なうこともできる。As shown in the figures, the servo control of the present invention utilizes forward path correction. Corrections can also be made by positioning correction circuitry within the feed pack loop to achieve the same effect.
前述のように、本発明のサーボ制御は、電流ループ34
2、トルクループ344、速度ループ346および位置
ループ348という4つのフィードパ・ツクループを使
用する。トルクルー1344は、トルクフィードバック
を示す。ブロック350は、ハーモニ・ツク駆動装置が
アームジヨイントに接続する箇所にて駆動装置のトルク
に比例するフィードパ・ツク変換器の利得を示す。ブロ
ック352は、トルクループ補正回路網を示す。As previously mentioned, the servo control of the present invention
2, four feed pack loops are used: torque loop 344, velocity loop 346, and position loop 348. Torque crew 1344 indicates torque feedback. Block 350 shows the gain of the feedpack converter which is proportional to the torque of the drive at the point where the harmonic drive connects to the arm joint. Block 352 depicts the torque loop correction circuitry.
ブロック354は、マニプレータアーム部片の慣性およ
び摩擦を示す。速度ルー1346は、アーム部片の速度
フィードバックを示ず。プロ・ツク356は、アーム部
片の速度に比例する速度フィートノく・ツク変換器の利
得を示す。ブロック358は、速度ループ補正回路網を
示す。Block 354 represents the inertia and friction of the manipulator arm pieces. Velocity loop 1346 does not show arm segment velocity feedback. Pro-tsk 356 shows the gain of the velocity foot to clock converter which is proportional to the velocity of the arm section. Block 358 represents the velocity loop correction circuitry.
最後に、ブロック360は、速度対位置の積分時間を示
す。ブロック362は、位置フィードバック変換器の利
得であり、ブロック364は、位置ループの応答速度を
定めるフォワード経路における利得を示す。矢印366
は、指令位置信号を示す。仮想線368内に示したブロ
ック線図の部分は、コントローラ15の末梢部内で行わ
れる機能を示す。Finally, block 360 depicts the velocity versus position integration time. Block 362 is the gain of the position feedback transducer, and block 364 shows the gain in the forward path that defines the speed of response of the position loop. arrow 366
indicates the command position signal. The portion of the block diagram shown within phantom line 368 illustrates the functions performed within the peripheral portion of controller 15.
当業者は、1970年Prentice−Hall
I nc のModern Control E n
gineeringに発表されたオガタの論文に記載し
た如き、従来の補正設計技術を利用して、幾多の別の回
路および制御機構を開発し、本発明のトルク、速度、位
置および電流のフィードバック制御を行なうことができ
ることを認識するであろう。上記論文の1部は、本明細
書に引用しである。例えば、必要であれば、各ジョイン
1−のエレクトロメカニカルシステムと関係するブロッ
ク線図の用語の値は、実験的に測定し、この値を利用し
て、適正な補正回路網を数学的に求めることができる。Those skilled in the art will appreciate the 1970 Prentice-Hall
I nc's Modern Control E n
Utilizing conventional correction design techniques, such as those described in Ogata's paper published in gineering, a number of alternative circuits and control mechanisms were developed to perform the torque, speed, position, and current feedback control of the present invention. You will realize that you can. Portions of the above articles are incorporated herein by reference. For example, if necessary, the values of the block diagram terms associated with each join's electromechanical system can be measured experimentally, and these values used to mathematically determine the appropriate correction network. be able to.
別の方法として、制御ぜんとするシステム部分の周波数
応答および位相特性を実験的に測定し、ボード線図でグ
ラフ的に表示することができる。これらデータは、適正
なフォワード経路またはフィードバック経路補正回路網
の設計の基礎となるものであろう。また、別の設計方法
を採用することもできる。Alternatively, the frequency response and phase characteristics of the part of the system to be controlled can be measured experimentally and represented graphically in a Bode plot. These data will form the basis for designing an appropriate forward path or feedback path correction network. Also, other design methods can be adopted.
本発明のサーボ制御回路の好適実施態様は、第10図に
略図で示しである。説明の便宜上、路線図は論理的に幾
つかの部分に分割し、仮想線で示すことができる。A preferred embodiment of the servo control circuit of the present invention is schematically shown in FIG. For convenience of explanation, the route map can be logically divided into several parts and shown with imaginary lines.
第9図のブロック線図に示し、また、第10図に示すよ
うに、回路は、D/Aチップから位置誤差信号、R/D
チップから速度信号、および歪みゲージからトルク信号
を受信する。位置誤差信号は、仮想線370内に示した
差動増幅器に供給される。As shown in the block diagram of FIG. 9 and as shown in FIG.
Receives speed signals from the chip and torque signals from the strain gauges. The position error signal is provided to a differential amplifier shown within phantom line 370.
同様に、速度信号およびトルク信号は、それぞれ、仮想
線372,374内に示した差動増幅器および計測増幅
器に供給される。各差動増幅器370,372は、37
6.378で示した作動増幅器、および列状に配設した
1または複数の抵抗器、コンデンサを備えている。計測
増幅器374は、歪みゲージから受信する信号は極めて
弱いため、増幅器370,372より大きい利得を提供
し得るように構成されている。Similarly, speed and torque signals are provided to differential amplifiers and instrumentation amplifiers shown within phantom lines 372 and 374, respectively. Each differential amplifier 370, 372 has 37
6.378, and one or more resistors and capacitors arranged in a column. Instrumentation amplifier 374 is configured to provide greater gain than amplifiers 370 and 372 because the signals received from the strain gauges are extremely weak.
差動増幅器370,372によって提供される信号は、
仮想線384内に示し、バランス386によって調節し
た速度ループ補正回路網に供給される。バランス386
により位置誤差が零の場き、回路を調節し、零出力とす
ることかで′きる。The signals provided by differential amplifiers 370, 372 are
It is shown in phantom line 384 and is fed to a velocity loop correction network adjusted by balance 386. balance 386
If the position error is zero, the circuit can be adjusted to make the output zero.
速度ループ補正回路W1384は、遅れ・進み・遅れ回
路網として公知の特定型式の遅れ回路網で構成されてい
る。作動増幅器、抵抗器およびコンデンサで構成された
低周波数遅れ回路網を設け、低周波数における信号利得
を増大し、よって、マニプレータの静的剛性を向上させ
ることができる。Velocity loop correction circuit W1384 is comprised of a specific type of delay network known as a lag-lead-lag network. A low frequency delay network consisting of differential amplifiers, resistors and capacitors can be provided to increase signal gain at low frequencies and thus improve the static stiffness of the manipulator.
この後には、抵抗器およびコンデンサで構成した中周波
数進み回路網を設け、マニプレータの安定性を向上させ
、行き過ぎを軽減することができる。This can be followed by a medium frequency advance network consisting of resistors and capacitors to improve the stability of the manipulator and reduce overshoot.
最後に、作動増幅器、抵抗器およびコンデンサで構成し
た高周波数遅れ回路網が、フィルタとして設けである。Finally, a high frequency delay network consisting of a differential amplifier, resistor and capacitor is provided as a filter.
遅れ回路網または、遅れ・進み回路網のみで構成した速
度ループ補正回路網としてもよいが、図示した遅れ・進
み・遅れ回路網はど効果的ではない。Although a speed loop correction network consisting only of a lag network or a lag/lead network may be used, the illustrated lag/lead/lag network is not very effective.
差動増幅器374からの増幅されたトルク信号は、仮想
線388内に示した作動増幅器、抵抗器およびコンデン
サで構成した遅れ回路網に供給され、バランス390に
より調節される。この回路網は、高周波数フィルタとし
て作用する。その結果生じる信号は、仮想線394内に
示したトルクループ補正回路網に供給される。The amplified torque signal from differential amplifier 374 is applied to a delay network consisting of a differential amplifier, resistor, and capacitor shown in phantom line 388 and adjusted by balance 390 . This network acts as a high frequency filter. The resulting signal is provided to torque loop correction circuitry shown within phantom line 394.
トルクループ補正回路$11I394は、前に差動増幅
器を設けた、進み・遅れ回路網として公知の特定型式の
進み回路網によって構成される。抵抗器およびコンデン
サで構成した低周波数進み回路網は、差動増幅器からの
信号を受信する。この後には、作動増幅器、抵抗器およ
びコンデンサで構成された遅れ回路網が設けられる。そ
の結果生じる信号は、最終の駆動信号をジヨイントモー
タに供給する従来の電流増幅器に供給される。トルクル
ープ補正回路網の目的および効果は、開ループのフォワ
ード経路の周波数応答および位相特性を変化させ、不安
定な状態を回避し、この最内側のフィードバックループ
の作動帯域幅を最大にすることである。トルクルーズの
作動帯域幅を最大にすることにより、速度ループおよび
゛位置ループの帯域幅を通常以上に高くし、よって、マ
ニプレータの応答速度を向上させることができる。The torque loop correction circuit $11I394 is constructed by a particular type of lead network, known as a lead-lag network, preceded by a differential amplifier. A low frequency lead network comprised of resistors and capacitors receives the signal from the differential amplifier. This is followed by a delay network consisting of a differential amplifier, resistors and capacitors. The resulting signal is fed to a conventional current amplifier that provides the final drive signal to the joint motor. The purpose and effect of the torque loop correction network is to change the frequency response and phase characteristics of the open-loop forward path, avoid instability, and maximize the operating bandwidth of this innermost feedback loop. be. By maximizing the operating bandwidth of the torque cruise, the bandwidth of the velocity loop and the position loop can be made higher than normal, thereby increasing the response speed of the manipulator.
回路網要素の値は、実験的、または、数学的に、あるい
はコンピュータモデル法により決定する。The values of the network elements are determined experimentally, mathematically, or by computer modeling methods.
これら値は、制御せんとする各構造体ごとに異なるため
、これら値についてはここに記載しない。These values are different for each structure that you want to control, so they are not described here.
本発明の好適実施態様、および別の実施態様に関する上
記説明は、説明のためにのみ掲げたものである。これら
説明は、本発明の範囲を開示した内容にのみ限定するこ
とを意図するものではない。The above description of preferred and alternative embodiments of the invention is presented for purposes of illustration only. These descriptions are not intended to limit the scope of the invention to only what is disclosed.
勿論、上記教示内容に照らして、多くの変形例および応
用例が可能である。上述の実施態様は、本発明の基本的
思想および辿用例を説明するために選択したものであり
、よって当業者は、本発明を各種の実施態様にて利用し
、意図する特定の用途に合った各種の応用例を案出する
ことができる。Of course, many modifications and adaptations are possible in light of the above teaching. The embodiments described above have been chosen to illustrate the basic idea and application examples of the invention, and therefore those skilled in the art will be able to utilize the invention in various embodiments and adapt them to suit the particular intended application. Various application examples can be devised.
第1図は制御システムの線図と共に、本発明によるマニ
プレータを示す斜視図。第2図はマニプレータの作動領
域を示す6軸形態のマニプレータの側面図。第3図はマ
ニプレータの連続するアームジヨイントを組立てる手段
を示す分解斜視図。
第4図は本発明に依るモジュラ−形態の半線図的図。第
5図は隣接する回転ジヨイントが共直線状の状態に伸長
したマニプレータアームの1部の平面図。第6図は第5
図のマニプレータアーム部片の側面図。第7図は第5図
の線6−6に関する回転ジヨイントの部分断面図。第8
図は第6図の線8−8に関するピッチジヨイントの1部
断面図で示した部分立面図。第9図はマニプレータ、デ
ジタルコントローラおよびサーボ制御回路を備えるシス
テムのブロック線図。第10図は本発明のサーボ制御回
路の路線図。第11図は典型的な接続したアームマニプ
レータの操作限界を示す図。第12図は本発明の操作性
の特徴を示す図。第13図はマニプレータの「肘」を固
定作動位相から「旋回」させる100一
本発明の機能を示す図。および第14図は折畳んで平行
位置になる本発明の隣接する回転ジヨイントの機能を示
す図。
1・・・ベース
2.6.10.14・・・回転ジヨイント4.8.12
・・・ピッチジヨイント
16・・・ツール
18・・・末梢端取付はカラー
20・・・基部取付はカラー
30・・・当接面
32・・・傾斜張出部
34・・−配tiAm手
36・・・クランプリング
40.42・・・(ジヨイントの)中心軸44・・・耳
モジュール
46・・・ケースモジュール
48.50・・・耳
52・・・モータカバー
54・・・駆動カバー
64・・・ハウジング組立体
65・・・ハウジング
66・・・外板
68.70・・・軸受
71・・・環状シール
72・・・モータ
73・・・通路
74・・・軸受クランプ
78・・・環状スカート部
80.82・・・傾斜張出部
84.86・・・段付き環状面
88・・・剛性スプライン
90・・・モータ取付は板
94・・・モータ駆動軸
100・・・波形発生器
102・・・環状内側シール
104・・・環状外側シール
108・・・ハーモニック駆動カラー
110・・・クラッチリング
112・・・撓みスプライン
114・・・ボルト
116.118・・・中心合せ短軸
120・・・クラッチ板
122・・・ねじ付き中心穴
124・・・環状傾斜張出部
126・・・半径方向当接面
128・・・リングクランプ
129・・・表面
130・・・環状傾斜張出部
132・・・環状軸受クランプ
134・・・ボルト
138・・・環状ボルト縁辺
142・・・内側環状リップ片
144・・・軸受シート
146・・・クランプ歯車
150・・・内歯車
152・・・バックラッシ防止歯車
154・・・管シール
156・・・レゾルバ取付は面
158・・・パイロット
160・・・レゾルバ
162.164・・・クランプ
50・・・耳(中心軸)
(外5名)
FIG、II
FIG、121 is a perspective view of a manipulator according to the invention, together with a diagram of the control system; FIG. FIG. 2 is a side view of a six-axis manipulator showing the operating area of the manipulator. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the means for assembling the continuous arm joints of the manipulator. FIG. 4 is a half-diagrammatic diagram of a modular configuration according to the invention. FIG. 5 is a plan view of a portion of a manipulator arm with adjacent rotating joints extended in a colinear manner; Figure 6 is the 5th
FIG. 3 is a side view of the manipulator arm segment shown in FIG. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the rotating joint taken along line 6--6 of FIG. 8th
The figure is a partial elevational view, partially in section, of the pitch joint taken along line 8--8 of FIG. FIG. 9 is a block diagram of a system including a manipulator, a digital controller, and a servo control circuit. FIG. 10 is a route diagram of the servo control circuit of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating the operating limits of a typical connected arm manipulator. FIG. 12 is a diagram showing the operability characteristics of the present invention. FIG. 13 is a diagram illustrating the ability of the present invention to ``swivel'' the ``elbow'' of the manipulator from a fixed operating phase. and FIG. 14 is a diagram illustrating the function of adjacent rotating joints of the present invention when folded into parallel positions. 1...Base 2.6.10.14...Rotating joint 4.8.12
... Pitch joint 16 ... Tool 18 ... Collar 20 for distal end installation ... Collar 30 for base installation ... Contact surface 32 ... Inclined overhang 34 ... - TiAm hand 36...Clamp ring 40.42...Center shaft (of the joint) 44...Ear module 46...Case module 48.50...Ear 52...Motor cover 54...Drive cover 64 ... Housing assembly 65 ... Housing 66 ... Outer plate 68, 70 ... Bearing 71 ... Annular seal 72 ... Motor 73 ... Passage 74 ... Bearing clamp 78 ... Annular skirt portion 80.82...Slanted overhang portion 84.86...Stepped annular surface 88...Rigid spline 90...Motor mounting plate 94...Motor drive shaft 100...Wave generation Container 102... Annular inner seal 104... Annular outer seal 108... Harmonic drive collar 110... Clutch ring 112... Flexible spline 114... Bolt 116, 118... Centering short shaft 120 ...Clutch plate 122...Threaded center hole 124...Annular inclined overhang 126...Radial abutment surface 128...Ring clamp 129...Surface 130...Annular inclined overhang Part 132... Annular bearing clamp 134... Bolt 138... Annular bolt edge 142... Inner annular lip piece 144... Bearing seat 146... Clamp gear 150... Internal gear 152... Backlash prevention gear 154...Pipe seal 156...Resolver mounting surface 158...Pilot 160...Resolver 162.164...Clamp 50...Ear (center axis) (5 people outside) FIG. II FIG, 12
Claims (1)
、略同心状の孔を画成する少なくとも2つの平行な耳を
有する耳モジュールと、 b ベル部分および前記ベル部分から伸長し、前記耳の
間に位置決めされた略管状部分を有するケースモジュー
ルと、 c 前記耳モジュールおよび前記ケースモジュールの相
回転を許容し得るように位置決めした少なくとも2つの
軸受と、 d 前記耳モジュールまたはケースモジュールの何れか
に剛性に固定した減速歯車駆動手段と、 e 前記減速歯車手段に剛性に固定され、前記減速歯車
手段と前記耳モジュールまたはケースモジュールの何れ
かの間の回転動作を切換え可能に伝達する手段と、 f 前記耳モジュールと前記ケースモジュール間の回転
力に応答して信号を発生させる手段と、および g 前記耳モジュールと前記ケースモジュール間の回転
動作に応答して、信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする自己密閉型ピッチジョイント。 2、前記減速歯車手段が、 a 前記耳モジュールまたはケースモジュールの何れか
に取付けたリング歯車と、 b 前記耳モジュールまたはケースモジュールの他方に
取付けられ、前記リング歯車内に位置決めされ、前記リ
ング歯車に顔合する撓みスプラインと、 c 前記撓みスプライン内に位置決めした波形発生器と
、および d 前記波形発生器を回転させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 3、a ベル部分および各々、前記ベル部分から伸長し
、略同心状の孔を画成する複数の平行な耳を有する耳モ
ジュールと、 b ベル部分および前記ベル部分から伸長し、前記耳の
間に位置決めされた略管状部分を有するケースモジュー
ルと、 c 前記耳モジュールおよび前記ケースモジュールの相
回転を許容し得るように位置決めした複数の軸受けと、 d 前記ケースモジュールに剛性に固定した減速歯車駆
動手段と、 e 前記減速歯車手段に剛性に固定され、前記減速歯車
手段と前記耳モジュール間の回転動作を切換え可能に伝
達する手段と、 f 前記耳モジュールと前記ケースモジュール間の回転
力に応答して信号を発生させる手段と、および g 前記耳モジュールと前記ケースモジュール間の回転
動作に応答して、信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする自己密閉型ピッチジョイント。 4、前記減速歯車手段が、 a 前記ケースモジュールの前記管状部分の内部に剛性
に取付けたリング歯車と、 b 前記リング歯車内に位置決めされ、前記リング歯車
に齟合する撓みスプラインと、 c 前記撓みスプラインおよび前記リング歯車内に位置
決めした波形発生器と、および d 前記リング歯車に対して前記波形発生器を回転させ
る手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 5、前記切換え可能な伝達手段が、 a 前記撓みスプラインに剛性に取付けたクラッチ板と
、 b 前記耳モジュールに剛性に取付けたクラッチ部材と
、および c 前記クラッチ板と前記クラッチ部材間の相回転に対
する摩擦抵抗を発生させる調節式手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 6、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 7、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 8、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 9、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 10、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 11、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 12、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 13、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 14、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 15、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 16、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 17、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 18、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第9項に記載し
た自己密閉型ピッチジョイント。 19、前記動作信号発生手段が、 a 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの何れか
一方に取付けた基準リング歯車と、および b 前記ケースモジュールまたは耳モジュールの他方に
取付けられ、前記基準リング歯車に齟合し、基準リング
歯車との相対動作に応答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載
した自己密閉型ピッチジョイント。 20、a 構造体外殻と、 b 前記外殻と同軸状の構造体内殼と、 c 前記外殻と前記内殼の相対回転を許容するように位
置決めした複数の軸受と、 d 前記外殻または内殼の何れか一方に剛性に固定した
減速歯車駆動手段と、 e 前記減速歯車駆動手段に剛性に固定され、前記減速
歯車手段の回転動作を前記外殻または内殻の他方に切換
え可能に伝達させる手段と、f 前記外殻と前記内殻間
の回転力に応答して、信号を発生させる手段と、および 8 前記外殻と前記内殻間の回転動作に応答して、信号
を発生させる手段とを 備えることを特徴とする自己密閉型回転ジョイント。 21、前記減速歯車手段が、 a 前記外殻または内部の何れか一方に取付けたリング
歯車と、 b 前記外殻または内殻の他方に取付けられ、前記リン
グ歯車と齟合するように位置決めした撓みスプラインと
、 c 前記撓みスプラインの内部に位置決めした波形発生
器と、および d 前記波形発生器を回転させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第20項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 22、a 構造体外殼と、 b 前記外殻と同軸状の構造体内殻と、 c 前記外殻と前記内殻の相対回転を許容するように位
置決めした複数の軸受と、 d 前記内殻に剛性に固定した減速歯車駆動手段と、 e 前記減速歯車駆動手段に剛性に固定され、前記減速
歯車手段の回転動作を前記外殼に切換え可能に伝達させ
る手段と、 f 前記外殼と前記内殻間の回転力に応答して、信号を
発生させる手段と、および g 前記外殻と前記内殻間の回転動作に応答して、信号
を発生させる手段とを 備えることを特徴とする自己密閉型回転ジョイント。 23、前記減速歯車手段が、 a 前記内殻の内部に取付けたリング歯車と、b 前記
外殻の内部に位置決めされ、前記リング歯車と齟合する
撓みスプラインと、 c 前記撓みスプラインおよび前記リング歯車の内部に
位置決めした波形発生器と、およびd 前記リング歯車
に対して前記波形発生器を回転させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第22項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 24、前記切換え可能な伝達手段が、 a 前記撓みスプラインに剛性に取付けたクラッチ板と
、 b 前記外殻に剛性に取付けたクラッチ部材と、および c 前記クラッチ板と前記クラッチ部材の相回転に対す
る摩擦抵抗を発生させる調節可能な手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第23項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 25、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第20項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 26、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 27、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第22項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 28、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第23項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 29、前記力信号発生手段が、 a 前記切換え可能な伝達手段の少なくとも1位置に設
けた薄肉厚部分と、および b 前記薄肉厚部に取付けられ、変形に応答する、 少なくとも1つの信号発生手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第24項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 30、前記信号発生手段が、歪みゲージであることを特
徴とする特許請求の範囲第24項に記載した自己密閉型
回転ジョイント。 31、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第20項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 32、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第21項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 33、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第22項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 34、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第23項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 35、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第24項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 36、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第25項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 37、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第26項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 38、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第27項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 39、前記動作信号発生手段が、 a 前記内殻または外殻の何れか一方に取付けた基準リ
ング歯車と、および b 前記内殻または外殻の他方に取付けられ、前記基準
リング歯車に齟合し、基準リング歯車との相対動作に応
答して信号を発生させる手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第29項に記載
した自己密閉型回転ジョイント。 40、a 電子式コントローラと、 b 前記マニプレータがその回転ジョイントの軸が共直
線状となるように伸長したとき、回転軸が装置マニプレ
ータの中心軸と略共直線状となる少なくとも1つの回転
ジョイントとを備え、前記回転ジョイントが、 i 構造体外殻と、 ii 前記外殻と同軸状の構造体内殻と、 iii 前記外殻と前記内殻の相対回転を許容するよう
に位置決めした複数の軸受と、お よび iv 前記外殻または外殻の何れか一方に剛性に固定し
た減速歯車駆動手段とを備え、 さらに c 前記マニプレータがその完全に伸長し た位置にあるとき、回転軸が前記マニプレータの中心軸
に対し略垂直となり、前記マニプレータが伸長し、その
回転ジョイントの軸が共直線状となるとき、回転軸が前
記中心軸から外れる、前記少なくとも1つの回転ジョイ
ントに接続した少なくとも1つのピッチジョイントとを
備え、前記ピッチジョイントが、 i 耳モジュールと、 ii ケースモジュールと、 iii 前記耳モジュールと前記ケースモジュールの相
対回転を許容し得るように位置決 めした複数の軸受と、および iv 減速歯車駆動手段とを備え、さらに、d 前記ピ
ッチジョイントまたは回転ジョイントの1方の自由端を
ベースに取付ける手段とを備えることを特徴とする多関
節式産業用マニプレータ。 41、前記回転ジョイントの全てが、前記構造外殻、前
記内殻、前記軸受および前記駆動手段の形態が略同一で
あることを特徴とする特許請求の範囲第40項に記載し
た多関節式産業用マニプレータ。 42、前記ピッチジョイントの全てが、前記耳モジュー
ル、前記ケースモジュール、前記軸受および前記駆動手
段の形態が略同一であることを特徴とする特許請求の範
囲第40項に記載した多関節式産業用マニプレータ。 43、前記ピッチジョイントの全てが、前記耳モジュー
ル、前記ケースモジュール、前記軸受および前記駆動手
段の形態が略同一であることを特徴とする特許請求の範
囲第41項に記載した多関節式産業用マニプレータ。 44、前記ベースより遠方の連続する各ピッチジョイン
トおよび回転ジョイントが、同一型式の前記一方のジョ
イントより小さいことを特徴とする特許請求の範囲第4
3項に記載した多関節式産業用マニプレータ。 45、ジョイントの総数が6以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第40項に記載した多関節式産業用マ
ニプレータ。 46、ジョイントの総数が6以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第43項に記載した多関節式産業用マ
ニプレータ。 47、a 回転軸を有する、少なくとも第1型式の自己
密閉型動力駆動ジョイントと、 b 前記第1型式のジョイントの回転軸と平行でない回
転軸を有する、少なくとも第2型式の自己密閉型動力駆
動ジョイントとを備え、前記第1および第2型式のジョ
イントの全てを略交互に連続的に接続し、前記第1また
は第2型式のジョイントの所定のジョイントが隣接する
反対型式のジョイントの駆動手段と容易に互換可能であ
るように、前記各型式のジョイントを構成することを特
徴とする多関節式マニプレータ。 48、前記第1または第2型式のジョイントの所定のジ
ョイントが同様に構成した寸法の異なる反対型式の駆動
手段と容易に互換可能な駆動手段を備えるように、前記
各型式のジョイントを構成することを特徴とする特許請
求の範囲第47項に記載した多関節式マニプレータ。 49、a アクチュエータによって駆動される部材と、 b 力指令信号を供給する手段と、 c 前記部材上の位置にて、前記アクチュエータにより
前記部材に作用された運動力を検出し、部材の力信号を
発生させる検出手段と、d 前記力指令信号を前記部材
の力信号を比較し、力誤差信号を発生する手段と、 e 前記力誤差信号を受信し、前記部材の共振周波数以
上伸長する帯域幅の不安定性を補正し、出力信号を発生
する力補正回路網と、 f 前記出力信号を増幅する手段と、およびg 前記増
幅した信号を前記アクチュエータに供給し、これに応答
して、力を提供する手段とを 備えることを特徴とするサーボ制御装置。 50、前記力指令信号手段が、 a 速度指令信号を供給する手段と、 b 前記部材上の位置にて、前記部材の速度を検出し、
部材の速度信号を発生させる手段と、c 前記速度指令
信号と前記部材の速度信号を比較し、速度誤差信号を発
生させる手段と、および d 前記速度誤差信号を受信し、力指令信号を発生させ
る前記速度補正回路網とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第49項に記載
したサーボ制御装置。 51、前記速度指令信号手段が a 位置指令信号を供給する手段と、 b 前記部材上の位置にて、前記部材の位置を検出し、
部材の位置信号を発生させる手段と、および c 前記位置指令信号と前記部材の位置信号を比較し、
位置誤差信号を発生させる手段とを備えることを特徴と
する特許請求の範囲第50項に記載したサーボ制御装置
。 52、前記速度指令信号手段が、 a 前記部材上の位置にて検出した前記部材の位置と計
算した位置指令を比較することにより、デジタル位置誤
差信号を発生させ、前記位置誤差信号を前記コンピュー
タの指定する時間間隔にて、段階的に更新する作用を有
するデジタルコンピュータと、および b 前記デジタル位置誤差信号を連続的なアナログ速度
指令信号に変換する手段とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第50項に記載
したサーボ制御部装置。 53、前記部材が、マニプレータアームの旋回ジョイン
トを備えることを特徴とする特許請求の範囲第49項に
記載したサーボ制御装置。 54、前記部材が、マニプレータのアームジョイントを
備えることを特徴とする特許請求の範囲第50項に記載
したサーボ制御装置。 55、前記部材が、マニプレータのアームジョイントを
備えることを特徴とする特許請求の範囲第51項に記載
したサーボ制御装置。 56、前記部材が、マニプレータのアームジョイントを
備えることを特徴とする特許請求の範囲第52項に記載
したサーボ制御装置。 57、前記力補正回路網が進み回路網を備えることを特
徴とする特許請求の範囲第49項に記載したサーボ制御
装置。 58、前記力補正回路網が進み回路網を備えることを特
徴とする特許請求の範囲第51項に記載したサーボ制御
装置。 59、前記力補正回路網が進み回路網を備えることを特
徴とする特許請求の範囲第52項に記載したサーボ制御
装置。 60、前記力補正回路網が進み回路網を備えることを特
徴とする特許請求の範囲第56項に記載したサーボ制御
装置。 61、前記進み回路網が進み・遅れ回路網を備える型式
であることを特徴とする特許請求の範囲第57項に記載
したサーボ制御装置。 62、前記進み回路網が進み・遅れ回路網を備える型式
であることを特徴とする特許請求の範囲第58項に記載
したサーボ制御装置。 63、前記進み回路網が進み・遅れ回路網を備える型式
であることを特徴とする特許請求の範囲第59項に記載
したサーボ制御装置。 64、前記進み回路網が進み・遅れ回路網を備える型式
であることを特徴とする特許請求の範囲第60項に記載
したサーボ制御装置。 65、前記速度補正回路網が遅れ回路網を備えることを
特徴とする特許請求の範囲第51項に記載したサーボ制
御装置。 66、前記速度補正回路網が遅れ回路網を備えることを
特徴とする特許請求の範囲第52項に記載したサーボ制
御装置。 67、前記速度補正回路網が遅れ回路網を備えることを
特徴とする特許請求の範囲第59項に記載したサーボ制
御装置。 68、前記遅れ回路網が遅れ・進み・遅れ回路網を備え
る型式であることを特徴とする特許請求の範囲第65項
に記載したサーボ制御回路網。 69、前記遅れ回路網が遅れ・進み・遅れ回路網を備え
る型式であることを特徴とする特許請求の範囲第66項
に記載したサーボ制御回路網。 70、前記遅れ回路網が遅れ・進み・遅れ回路網を備え
る型式であることを特徴とする特許請求の範囲第67項
に記載したサーボ制御回路網。 71、a 力指令信号を供給する段階と、 b 前記部材上の位置にて、前記アクチュエータによっ
て前記部材に供給された運動力を検出し、その結果、部
材の力信号を提供する段階と、 c 前記力指令信号と前記部材の力信号を比較し、その
結果、力誤差信号を発生させる段階と、 d 前記部材の共振周波数以上伸長する帯域幅の不安定
性に対し、前記力誤差信号を補正し、その結果、出力信
号を発生させる段階と、 e 前記出力信号を増幅する段階と、およびf 前記増
幅した信号を前記アクチュエータに供給し、よって、こ
れに応答して、力を作用させる段階とを 備えることを特徴とする、アクチュエータによって駆動
される装置部材の制御方法。 72、前記力指令信号を供給する前記段階が、a 速度
指令信号を供給する段階と、 b 前記部材上の位置における前記部材の速度を検出し
、その結果、部材の速度信号を発生させる段階と、 c 前記速度指令信号と前記部材の速度信号を比較し、
その結果、速度誤差信号を発生させる段階と、および d 前記速度誤差信号を補正して、力指令信号を発生さ
せる段階とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第71項に記載
した方法。 73、前記速度指令信号を供給する前記段階が、a 位
置指令信号を供給する段階と、 b 前記部材上の位置における前記部材の位置を検出し
、その結果、部材の位置信号を発生させる段階と、 c 前記位置指令信号と前記部材の位置信号を比較し、
その結果、位置誤差信号を発生させる段階とを 備えることを特徴とする特許請求の範囲第71項に記載
した方法。Claims: 1. an ear module having a bell portion and at least two parallel ears each extending from said bell portion and defining generally concentric holes; b a bell portion and from said bell portion; a case module extending and having a generally tubular portion positioned between the ears; c at least two bearings positioned to permit phase rotation of the ear module and the case module; d the ear module; or a reduction gear drive means rigidly fixed to either the case module; e rigidly fixed to the reduction gear means, capable of switching the rotational movement between the reduction gear means and either the ear module or the case module; f means for generating a signal in response to rotational force between the ear module and the case module; and g means for generating a signal in response to rotational movement between the ear module and the case module. A self-sealing pitch joint comprising means. 2. The reduction gear means comprises: a) a ring gear attached to either the ear module or the case module; b) attached to the other of the ear module or the case module, positioned within the ring gear, and arranged in the ring gear; 2. A self-sealing device as claimed in claim 1, comprising: a mating flexure spline; c. a waveform generator positioned within said flexure spline; and d. means for rotating said waveform generator. Type pitch joint. 3. a bell portion and an ear module each having a plurality of parallel ears extending from said bell portion and defining generally concentric holes; b a bell portion and extending from said bell portion between said ears; c. a plurality of bearings positioned to allow phase rotation of the ear module and the case module; and d. reduction gear drive means rigidly fixed to the case module. and e means rigidly fixed to said reduction gear means for switchably transmitting rotational motion between said reduction gear means and said ear module; f in response to rotational force between said ear module and said case module; and g) means for generating a signal in response to rotational movement between the ear module and the case module. 4. said reduction gear means comprising: a a ring gear rigidly mounted within said tubular portion of said case module; b a flexible spline positioned within said ring gear and meshing with said ring gear; 3. A self-sealing device as claimed in claim 3, comprising a spline and a waveform generator positioned within said ring gear, and d means for rotating said waveform generator relative to said ring gear. Type pitch joint. 5. said switchable transmission means comprising: a a clutch plate rigidly attached to said flexible spline; b a clutch member rigidly attached to said ear module; and c a phase rotation between said clutch plate and said clutch member. 5. A self-sealing pitch joint as claimed in claim 4, characterized in that it comprises adjustable means for generating frictional resistance. 6. said force signal generating means comprising: a a thinned walled portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned walled portion and responsive to deformation. A self-sealing pitch joint according to claim 1, comprising: 7. said force signal generating means comprising: a a thinned walled portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned walled portion and responsive to deformation. A self-sealing pitch joint according to claim 2, comprising: 8. said force signal generating means comprising: a a thinned walled portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned walled portion and responsive to deformation. A self-sealing pitch joint according to claim 3, comprising: 9. said force signal generating means comprising: a a thinned walled portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned walled portion and responsive to deformation. A self-sealing pitch joint according to claim 4, comprising: 10. The force signal generating means comprises: a) a thinned section provided at at least one position of the switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to the thinned section and responsive to deformation. A self-sealing pitch joint according to claim 5, comprising: 11. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 12. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshed with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 13. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 14. The operating signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 15. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshed with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 16. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 17. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 18. The operating signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 19. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the case module or the ear module; and b) attached to the other of the case module or the ear module and meshing with the reference ring gear. 11. A self-sealing pitch joint as claimed in claim 10, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 20, a structure outer shell, b a structure inner shell coaxial with the outer shell, c a plurality of bearings positioned to allow relative rotation between the outer shell and the inner shell, and d the outer shell or the inner shell. a reduction gear drive means rigidly fixed to either one of the shells; e. a reduction gear drive means rigidly fixed to the reduction gear drive means, for switchably transmitting the rotational motion of the reduction gear means to the other of the outer shell or the inner shell; f means for generating a signal in response to a rotational force between the outer shell and the inner shell; and 8 means for generating a signal in response to a rotational movement between the outer shell and the inner shell. A self-sealing rotary joint characterized by comprising: 21. The reduction gear means includes: a) a ring gear attached to either the outer shell or the inner shell; and b) a flexure attached to the other of the outer shell or the inner shell and positioned to mesh with the ring gear. 21. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 20, comprising: a spline; c. a waveform generator positioned within said flexible spline; and d: means for rotating said waveform generator. . 22, a structure outer shell, b a structure inner shell coaxial with the outer shell, c a plurality of bearings positioned to allow relative rotation between the outer shell and the inner shell, and d rigidity in the inner shell. a reduction gear drive means fixed to the reduction gear drive means; e means rigidly fixed to the reduction gear drive means for switchably transmitting the rotational movement of the reduction gear means to the outer shell; and f rotation between the outer shell and the inner shell. A self-sealing rotary joint comprising: means for generating a signal in response to a force; and g) means for generating a signal in response to rotational movement between the outer shell and the inner shell. 23. The reduction gear means includes: a a ring gear mounted inside the inner shell; b a flexible spline positioned inside the outer shell and interlocking with the ring gear; c the flexible spline and the ring gear. 23. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 22, comprising a waveform generator positioned within the ring gear; and d means for rotating the waveform generator relative to the ring gear. 24. The switchable transmission means comprises: a a clutch plate rigidly attached to the flexible spline; b a clutch member rigidly attached to the outer shell; and c a friction against phase rotation of the clutch plate and the clutch member. 24. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 23, characterized in that it comprises adjustable means for generating resistance. 25. The force signal generating means comprises: a) a thinned section provided in at least one position of the switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to the thinned walled section and responsive to deformation. 21. A self-sealing rotary joint according to claim 20, comprising: 26. said force signal generating means comprising: a a thinned portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned wall portion and responsive to deformation. 22. A self-sealing rotary joint according to claim 21, comprising: 27. said force signal generating means comprising: a a thinned portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned wall portion and responsive to deformation. 23. A self-sealing rotary joint according to claim 22, comprising: 28. said force signal generating means comprising: a a thinned portion provided at at least one position of said switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to said thinned wall portion and responsive to deformation. 24. A self-sealing rotary joint according to claim 23, comprising: 29. The force signal generating means comprises: a) a thinned section provided at at least one position of the switchable transmission means; and b at least one signal generating means attached to the thinned section and responsive to deformation. 25. A self-sealing rotary joint according to claim 24, comprising: 30. The self-sealing rotary joint according to claim 24, wherein the signal generating means is a strain gauge. 31. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; 21. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 20, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 32. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; 22. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 21, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 33. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; 23. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 22, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 34. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; 24. A self-sealing rotary joint according to claim 23, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 35. The operation signal generating means comprises: (a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell, and (b) attached to the other of the inner shell or the outer shell and interlocking with the reference ring gear. 25. A self-sealing rotary joint according to claim 24, further comprising: means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 36. The operation signal generating means comprises: (a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and (b) attached to the other of the inner shell or the outer shell and interlocking with the reference ring gear. 26. A self-sealing rotary joint according to claim 25, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 37. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; 27. A self-sealing rotary joint according to claim 26, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 38. The operation signal generating means comprises: (a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and (b) attached to the other of the inner shell or the outer shell and interlocking with the reference ring gear. 28. A self-sealing rotary joint as claimed in claim 27, further comprising means for generating a signal in response to relative movement with the reference ring gear. 39. The operation signal generating means comprises: a) a reference ring gear attached to either the inner shell or the outer shell; and b) attached to the other of the inner shell or the outer shell, interlocking with the reference ring gear; , and means for generating a signal in response to relative movement with a reference ring gear. 40. a. an electronic controller; b. at least one rotary joint whose rotary axis is substantially collinear with a central axis of the device manipulator when the manipulator is extended such that the axes of the rotary joint are collinear; , wherein the rotary joint includes: i a structure outer shell; ii a structure inner shell coaxial with the outer shell; and iii a plurality of bearings positioned to allow relative rotation between the outer shell and the inner shell; and iv a reduction gear drive means rigidly fixed to either the outer shell or the outer shell, and c. when the manipulator is in its fully extended position, the axis of rotation is relative to the central axis of the manipulator. at least one pitch joint connected to the at least one revolute joint that is substantially vertical and whose axis of rotation deviates from the central axis when the manipulator is extended and the axes of the revolute joints are collinear; The pitch joint includes: i an ear module, ii a case module, iii a plurality of bearings positioned to allow relative rotation of the ear module and the case module, and iv a reduction gear drive means, and further , d means for attaching one free end of the pitch joint or rotation joint to a base. 41. The multi-jointed industry according to claim 40, wherein all of the rotary joints have substantially the same structure outer shell, inner shell, bearing, and drive means. Manipulator for. 42. The multi-jointed industrial type according to claim 40, wherein all of the pitch joints have substantially the same form of the ear module, the case module, the bearing, and the drive means. Manipulator. 43. The multi-jointed industrial type according to claim 41, wherein all of the pitch joints have substantially the same form of the ear module, the case module, the bearing, and the drive means. Manipulator. 44. Claim 4, wherein each successive pitch joint and rotation joint distal to said base is smaller than said one joint of the same type.
The articulated industrial manipulator described in Section 3. 45. The articulated industrial manipulator as set forth in claim 40, wherein the total number of joints is six or more. 46. The articulated industrial manipulator according to claim 43, wherein the total number of joints is six or more. 47. a at least a first type of self-enclosed power drive joint having an axis of rotation; and b at least a second type of self-enclosed power drive joint having an axis of rotation that is not parallel to the axis of rotation of said first type of joint. all the joints of the first and second types are connected substantially alternately and continuously, and a predetermined joint of the first or second type joint is easily connected to a drive means of an adjacent joint of the opposite type. An articulated manipulator characterized in that the joints of each of the above types are configured so as to be compatible with each other. 48. Configuring each type of joint such that a given joint of the first or second type of joint is provided with a drive means that is easily interchangeable with a similarly configured but opposite type of drive means of different dimensions; An articulated manipulator according to claim 47, characterized in that: 49, a: a member driven by an actuator; b: means for supplying a force command signal; c: at a position on the member, detecting the kinetic force exerted on the member by the actuator, and detecting the force signal of the member; d means for comparing the force command signal with the force signal of the member to generate a force error signal; e means for receiving the force error signal and having a bandwidth extending beyond the resonant frequency of the member; force correction circuitry for correcting the instability and generating an output signal; f means for amplifying the output signal; and g providing the amplified signal to the actuator and responsively providing a force. A servo control device comprising: means. 50. The force command signal means includes: a means for supplying a speed command signal; b detecting the speed of the member at a position on the member;
means for generating a speed signal of the member; c means for comparing the speed command signal with the speed signal of the member and generating a speed error signal; and d receiving the speed error signal and generating a force command signal. 50. The servo control device according to claim 49, further comprising the speed correction circuit network. 51, the speed command signal means includes: (a) means for supplying a position command signal; and (b) detecting the position of the member at a position on the member;
means for generating a position signal for a member; and c comparing the position command signal and the position signal for the member;
51. The servo control device according to claim 50, further comprising means for generating a position error signal. 52. The speed command signal means: a) Generates a digital position error signal by comparing the position of the member detected at a position on the member with the calculated position command, and transmits the position error signal to the computer. Claims characterized by comprising: a digital computer having the function of performing stepwise updating at specified time intervals; and b) means for converting the digital position error signal into a continuous analog speed command signal. The servo control unit device according to item 50. 53. A servo control device according to claim 49, characterized in that said member comprises a pivot joint of a manipulator arm. 54. The servo control device according to claim 50, wherein the member comprises an arm joint of a manipulator. 55. The servo control device according to claim 51, wherein the member comprises an arm joint of a manipulator. 56. The servo control device according to claim 52, wherein the member comprises an arm joint of a manipulator. 57. The servo control device according to claim 49, wherein the force correction circuitry comprises a forwarding circuitry. 58. The servo control device according to claim 51, wherein the force correction circuitry comprises an advance circuitry. 59. The servo control device according to claim 52, wherein the force correction circuitry comprises a forwarding circuitry. 60. The servo control device of claim 56, wherein the force correction circuitry comprises an advance circuitry. 61. The servo control device according to claim 57, characterized in that the advance circuitry is of the type comprising a lead/lag circuitry. 62. A servo control device according to claim 58, characterized in that the lead network is of the type comprising a lead/lag network. 63. The servo control device according to claim 59, characterized in that the lead network is of the type comprising a lead/lag network. 64. A servo control device according to claim 60, characterized in that the lead network is of the type comprising a lead/lag network. 65. The servo control device according to claim 51, wherein the speed correction circuitry includes a delay circuitry. 66. The servo control device according to claim 52, wherein the speed correction circuitry comprises a delay circuitry. 67. The servo control device according to claim 59, wherein the speed correction circuitry includes a delay circuitry. 68. A servo control network according to claim 65, characterized in that said delay network is of the type comprising a lag-lead-lag network. 69. A servo control network according to claim 66, characterized in that said delay network is of the type comprising a lag-lead-lag network. 70. A servo control network according to claim 67, characterized in that said delay network is of the type comprising a lag-lead-lag network. 71, a. providing a force command signal; b. detecting, at a location on the member, a kinetic force applied to the member by the actuator, thereby providing a member force signal; c. comparing the force command signal with the force signal of the member, thereby generating a force error signal; d correcting the force error signal for bandwidth instability extending above the resonant frequency of the member; , resulting in the step of generating an output signal; e amplifying said output signal; and f providing said amplified signal to said actuator and thus exerting a force in response thereto. A method for controlling a device member driven by an actuator, the method comprising: 72, said step of providing said force command signal comprises: a providing a velocity command signal; and b detecting the velocity of said member at a location on said member, thereby generating a member velocity signal. , c comparing the speed command signal and the speed signal of the member;
72. The method of claim 71, comprising the steps of: generating a resulting velocity error signal; and d correcting the velocity error signal to generate a force command signal. 73. The step of providing the speed command signal comprises: a) providing a position command signal; and b detecting the position of the member at a position on the member, thereby generating a member position signal. , c comparing the position command signal and the position signal of the member;
72. The method of claim 71, comprising the step of generating a position error signal as a result.
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